(57)【要約】【課題】感度が高く、且つ電気特性の経時劣化が生じにくい機能性ゴムを提供する。【解決手段】本発明に係る機能性ゴムの製造方法は、磁性流体と金属粒子とを含有する磁気混合流体と、ゴム材料と、の混合物を、磁場及び電場の存在下で硬化させる。本発明に係る機能性ゴムは、磁性流体と金属粒子とを含有する磁気混合流体と、ゴム材料と、の混合物の、磁場及び電場の存在下での硬化物である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性流体と金属粒子とを含有する磁気混合流体と、ゴム材料と、の混合物を、
磁場及び電場の存在下で硬化させる
機能性ゴムの製造方法。
【請求項２】
前記金属粒子は、Ｎｉ粒子を含む
請求項１に記載の機能性ゴムの製造方法。
【請求項３】
前記ゴム材料は天然ゴム材料を含む
請求項１又は２に記載の機能性ゴムの製造方法。
【請求項４】
磁性流体と金属粒子とを含有する磁気混合流体と、ゴム材料と、の混合物の、
磁場及び電場の存在下での硬化物である
機能性ゴム。
【請求項５】
磁性粒子で覆われた金属粒子が一の方向に配向して繋がった磁気クラスタと、
前記磁気クラスタの配向方向と同じ方向に主鎖が配向したポリマーとを備える
機能性ゴム。
【請求項６】
触覚センサ用である
請求項４又は５に記載の機能性ゴム。
【請求項７】
起電力を有する
請求項４乃至６のいずれか一項に記載の機能性ゴム。
【請求項８】
請求項４乃至７のいずれか一項に記載の機能性ゴムを備える
触覚センサ。
【請求項９】
請求項７に記載の機能性ゴムを備え、無電源方式である
触覚センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能性ゴムの製造方法、機能性ゴム及びこの機能性ゴムを備える触覚センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁体とされているゴム材料に導電性の粉末を分散させて得られる導電性ゴムは、非加圧時においては絶縁性を有するが、圧力の刺激が加わると導電性を帯びるいわゆる感圧導電性を示すため、電気・電子機器のスイッチやセンサとして広く利用されている。また、急速な進歩を遂げているロボット技術分野においては、人工皮膚などのハプティックな機能を有する材料としても注目されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ゴム状材料の原材料と導電性微粒子との混合物を金型に入れて板状に成型した後に電圧を印加し、その後、オーブンで加硫する感圧導電ゴム等のセンサ用材料の製造方法が開示されている。
【０００４】
これまでに本出願人は、上記のようなハプティックな機能が要求される用途において、耐久性、電気伝導性、及び熱伝導性を向上させると共に、触覚センサ用のゴムとして利用した場合の感度を向上させるという観点から、特許文献２に示すように、磁性流体とＮｉとを含有する磁気混合流体と、風船用の天然ゴム材料との混合物を磁場の存在下で硬化させた触覚センサ用ゴムを提案している。
【０００５】
しかしながら、特許文献１のようなセンサ用材料の製造方法では、ポリマーの主鎖がランダムに形成されるため、ゴム厚方向の電子の流れが阻害されてしまい、触覚センサ用のゴムとして利用した場合に、感度が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
また、特許文献２の触覚センサ用ゴムでは、経時的に電気抵抗が上昇する等の電気特性の経時劣化が生じるという問題があった。
【０００７】
また、これまでの触覚センサは、電圧を印加した時の電流等を測定するため、必ず電源が必要であり、こういった電源、およびセンサと電源とを電気的に接続する導線が必要であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−２５７２１７号公報
【特許文献２】特開２０１３−１０１０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、感度が高く、且つ電気特性が経時劣化しにくい機能性ゴムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る機能性ゴムの製造方法は、
磁性流体と金属粒子とを含有する磁気混合流体と、ゴム材料と、の混合物を、
磁場及び電場の存在下で硬化させることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る機能性ゴムは、
磁性流体と金属粒子とを含有する磁気混合流体と、ゴム材料と、の混合物の、
磁場及び電場の存在下での硬化物であることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る機能性ゴムは、
磁性粒子で覆われた金属粒子が一の方向に配向して繋がった磁気クラスタと、
前記磁気クラスタの配向方向と同じ方向に主鎖が配向したポリマーとを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る触覚センサは、上記の機能性ゴムを備える。
【００１４】
本発明に係る触覚センサは、上記の機能性ゴムを備え、無電源方式であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
感度が高く、且つ電気特性が経時劣化しにくい機能性ゴムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１Ａ及び図１Ｂは機能性ゴムの製造方法の一例を示す概略図である。
【図２】図２Ａ及び図２Ｂは製造中の機能性ゴムの模式図であり、図２Ｃは電場のみを印加した混合物の硬化物の模式図である。
【図３】図３Ａは機能性ゴムの製造例の正極側の面を示す写真であり、図３Ｂは機能性ゴムの製造例の負極側の面を示す写真である。
【図４】図４Ａ〜図４Ｆは、機能性ゴムに導電板を接続する方法を示す概略図である。図４Ａは機能性ゴムの同一の面に二つの導電板を接続する方法の一例を示す平面図である。図４Ｂは図４Ａの正面図である。図４Ｃは機能性ゴムの表面及び裏面に導電板を接続する方法の一例を示す平面図である。図４Ｄは図４Ｃの正面図である。図４Ｅは機能性ゴムの表面及び裏面に導電板を接続する方法の一例を示す平面図である。図４Ｆは図４Ｅの正面図である。
【図５】図５Ａは機能性ゴムの一例を示す模式的な断面図であり、図５Ｂは機能性ゴムの他例を示す模式的な断面図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｃは機能性ゴムを製造する際に、印加する電場の値を変更した場合の、電場の印加時間に対する混合物の温度を示すグラフである。
【図７】機能性ゴムを備える触覚センサを用いた実験装置の一例を示す一部破断した正面図である。
【図８】図８は、触覚センサにより被検査物体を測定した場合の初期押し付け力と修正ゴム電流Ｒｑ，Ｅとの関係を示すグラフである。
【図９】図９は、触覚センサにより被検査物体を測定した場合の初期押し付け力と修正ゴム電流Ｒａ，Ｅとの関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、触覚センサにより被検査物体を測定した場合の初期押し付け力と修正ゴム電流Ｒｙ，Ｅとの関係を示すグラフである。
【図１１】図１１Ａは、触覚センサで被検査物体を撫でた際に機能性ゴムにかかる垂直力と、機能性ゴムから観測される電圧とを示すグラフである。図１１Ｂは、触覚センサで被検査物体を撫でた際に機能性ゴムに係るせん断力と、機能性ゴムから観測される電圧とを示すグラフである。図１１Ｃは、触覚センサで被検査物体を撫でた際に、ドーピングを施した機能性ゴムから観測される電圧と、ドーピングを施していない機能性ゴムから観測される電圧とを示すグラフである。
【図１２】ドーピングを施した機能性ゴムと、ドーピングを施していない機能性ゴムとからなる触覚センサの一例を示す模式的な斜視図である。
【図１３】図１３Ａ及び図１３Ｂは、ドーピングを施した機能性ゴムとドーピングを施していない機能性ゴムとを重ねた試験体の模式的な断面図である。図１３Ｃ及び図１３Ｄは、二つのドーピングを施していない機能性ゴムで、ドーピングを施した機能性ゴムを挟んだ試験体の模式的な断面図である。
【図１４】図１４は、機能性ゴムをゴムセンサ部として備える触覚センサで、機能性ゴム（被検査物体）を撫でた際に、機能性ゴム（被検査物体）にかかる垂直力と、触覚センサが備える機能性ゴム（ゴムセンサ部）から観測される電圧の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の機能性ゴムの製造方法では、磁性流体と金属粒子とを含有する磁気混合流体と、ゴム材料と、の混合物を、磁場及び電場の存在下で硬化させる。以下、磁性流体をＭＦ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｆｌｕｉｄ）、磁気混合流体をＭＣＦ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄ  Ｆｌｕｉｄ）、ＭＣＦを含むゴムをＭＣＦゴムと呼ぶことがある。
【００１８】
図１Ａ及び図１Ｂにより、機能性ゴムの製造方法の一例を説明する。機能性ゴムは、ゴム材料を含む混合物１ａから得られる。
【００１９】
機能性ゴムの製造にあっては、まず、磁性流体（ＭＦ）と金属粒子とを含有する磁気混合流体（ＭＣＦ）を作製する。
【００２０】
磁気混合流体（ＭＣＦ）に含まれる磁性流体（ＭＦ）は、特に限定されない。磁性流体（ＭＦ）は、磁性粒子とベース液とを含む。磁性粒子は強磁性粒子であることが好ましい。強磁性粒子として、例えば、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）を用いることができる。尚、強磁性粒子とは、一般的な金属の粒子よりも磁性が強い粒子のことをいう。ベース液は、例えば、水、ケロシン、アルキルナフタレンを用いることができる。また、ベース液には、高分子等の添加物を溶解させて用いることもできる。ベース液には、用いるゴムとの相性の良いものを用いるのが好ましい。例えば、ゴムとして天然ゴムを用いる場合には、ベース液に水を用いることが好ましい。水ベース磁性流体としては、例えば、磁性粒子として１０ｎｍ程度の球状のマグネタイト粒子（Ｆｅ３Ｏ４）が水ベースの媒体中に分散されたものを使用することができる。磁性粒子は不飽和脂肪酸によって覆われていることが好ましい。磁性粒子は、オレイン酸で覆われていることが特に好ましい。磁性流体（ＭＦ）中のベース液は、ゴム材料を構成する高分子（ポリマー）の間にトラップされるものと推測される。磁気混合流体（ＭＣＦ）の全質量に対する、磁性流体（ＭＦ）の含有量が１〜４０質量％の範囲であることが好ましい。
【００２１】
磁気混合流体（ＭＣＦ）に含まれる金属粒子は、特に限定されないが、Ｎｉ粒子を含むことが好ましい。これはＮｉがＦｅ等に比べて強磁性を有しているためである。このＮｉ粒子は、Ｎｉ粉末であることが好ましい。Ｎｉ粉末は、粒状、表面に複数の凸部を有するコンペイトウ形状、あるいは平均長が３〜７μｍの細長形状又は棒状であることが好ましい。このようなＮｉ粉末はアトマイズ法によって作製することができる。金属粒子は、単一の金属であってもよく、２種類以上の金属を含んでいでもよく、合金を含んでいてもよい。金属粒子がＮi粒子を含む場合、更にＣｕ粒子を含んでいてもよく、Ｆｅ粒子、Ａｌ粒子、Ａｇ粒子、Ａｕ粒子等を含んでいてもよい。磁気混合流体（ＭＣＦ）の全質量に対する、金属粒子の含有量は５〜９０質量％であることが好ましい。
【００２２】
磁気混合流体（ＭＣＦ）は、金属粒子および磁性流体（ＭＦ）を、所定の割合で混合することで得られる。配合量は必要とされる導電性、伸縮性、弾力性及び熱伝導性などに基づいて適宜決定され得る。
【００２３】
上記の磁気混合流体（ＭＣＦ）とゴム材料を混合することにより、混合物１ａを作成することができる。
【００２４】
ゴム材料はいわゆるゴムであれば特に限定されず、高弾性をもつ有機高分子を主成分とするものであれば用いることができるが、天然ゴム材料を含むことが好ましい。この天然ゴム材料は、風船用の天然ゴム材料であることが特に好ましい。風船用の天然ゴム材料の主成分は、ゴムの木から得られるラテックスである。ラテックスは造形用ラテックスであることが好ましい。ラテックスは、非加硫型天然ゴムラテックスであってもよく、加硫型天然ゴムラテックス（天然ゴムラテックスに加硫剤として硫黄を配合したもの）であってもよい。風船用の天然ゴム材料として、例えば、ＮＲ―ＬＡＴＥＸ（ハイラテック製）が挙げられる。ゴム材料は、更に、合成ゴム、これらと天然ゴムによる合成ゴム（複合ゴム）等を含んでいてもよい。
【００２５】
磁気混合流体（ＭＣＦ）とゴム材料とを混合する際には、氷水で冷却しながら超音波攪拌機で撹拌することが好ましい。この場合、超音波攪拌機の熱によるゴム材料の熱硬化を抑制することができる。撹拌した後、真空脱泡を行い、混合物に含まれる空気を取り除くことが好ましい。真空脱泡は、氷水で冷却しながら行うことが好ましい。この場合、脱泡中の熱によるゴム材料の熱硬化を抑制することができる。真空脱泡では、脱泡開始後１５分経過時から３〜５分おきに瞬間的に大気圧に戻し、直後に真空状態にする。これにより、真空脱泡で生じる泡が消失しやすい。
【００２６】
機能性ゴムの製造にあっては、磁気混合流体（ＭＣＦ）とゴム材料の混合物１ａに対して、磁場及び電場を印加する。混合物１ａに磁場及び電場を印加する方法は特に限定されない。
【００２７】
例えば、図１Ａに示す一対の金属板４ａ，４ｂ及び一対の永久磁石５ａ，５ｂを用いて、混合物１ａに磁場及び電場を印加することができる。
【００２８】
金属板４ａ、４ｂは、例えば、ステンレス製、銅製、アルミ製、鉛製、又は鉄製である。金属板４ａ、４ｂは、ステンレス製であることが好ましい。金属板４ａ、４ｂがステンレス製であることにより、機能性ゴム１の表面を平滑にすることができる。
【００２９】
永久磁石５ａ、５ｂは、特に限定されないが、例えば、ネオジウム磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石等が挙げられる。特に、ネオジウム磁石は非常に強い磁力を持つので、永久磁石５ａ、５ｂがネオジウム磁石であることが好ましい。
【００３０】
図１Ａに示すように、金属板４ａ、４ｂが対向するように配置され、更に永久磁石５ａ、５ｂが金属板４ａ，４ｂを介して対向するように配置される。この際、永久磁石５ａ、５ｂのうちの一方のＮ極側と、他方のＳ極側とが対向するように配置される。例えば、図１Ａに示す永久磁石５ａのＮ極側と永久磁石５ｂのＳ極側とは対向するように配置される。
【００３１】
図１Ａに示すように、金属板４ａと金属板４ｂの間には、複数のスペーサ６が設けられる。スペーサ６は、図１Ａに示すように、金属板４ａ又は４ｂの四隅に設けることが好ましい。すなわち、金属板４ａ、４ｂの間に４つのスペーサー６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄを設けることが好ましい。これにより、機能性ゴムの厚みを確保することができる。また、スペーサ−６で形成された隙間によって、対向する金属板４ａ、４ｂの間に配置される混合物１ａと外気とが触れ合うことができるので、ゴム材料の硬化を促進させることができる。スペーサ６の厚みは、作製する機能性ゴム１の厚みによって適宜決定される。
【００３２】
図１Ｂに示すように、金属板４ａと金属板４ｂとが近づけられて、磁気混合流体（ＭＣＦ）とゴム材料との混合物１ａが、対向する金属板４ａ、４ｂの間に、金属板４ａ、４ｂに接触して配置される。混合物１ａは、対向する金属板４ａ、４ｂを介して、対向する永久磁石５ａ、５ｂの間に設けられた状態となる。対向する永久磁石５ａ、５ｂの間に混合物１ａが挟まれることで、混合物１ａに磁場が印加される。印加する磁場の値は、例えば、１００〜６００ｍＴの範囲内であることが好ましく、１１０〜５００ｍＴの範囲内であることがより好ましく、１２０〜１９０ｍＴの範囲内であることがさらに好ましい。
【００３３】
図１Ｂに示す対向する金属板４ａ、４ｂには、直流電源の正極及び負極がそれぞれ接続される。この直流電源のスイッチをＯＮにすることで、金属板４ａと金属板４ｂとの間に電圧が印加される。この際、金属板４ａ、４ｂのうちの一方が正極となり、他方が負極となる。例えば図１Ｂでは、金属板４ａが正極となり、金属板４ｂが負極となる。金属板４ａと金属板４ｂとの間に電圧が印加されることで、混合物１ａに電場が印加されて、混合物１ａに磁場及び電場が印加された状態となる。混合物１ａに電場が印加されると、混合物１ａにおいて、正極側の金属板４ａに接している部分ではカチオン重合が生じ、負極側の金属板４ｂに接している部分ではアニオン重合が生じる。これにより、ゴム材料を構成する炭素（Ｃ）間二重結合が重合して、複数の長尺な主鎖を有するポリマーが形成される。また、電場の印加による熱エネルギーによって、主鎖同士が硫黄（Ｓ）原子によって架橋され、混合物１ａの硬化が進行する。金属板４ａ、４ｂ間に印加する電圧の値は、例えば、１．０〜２０Ｖの範囲内であることが好ましく、１．２〜１５Ｖの範囲内であることがより好ましく、１．５〜１０Ｖの範囲内であることがさらに好ましい。
【００３４】
混合物１ａに磁場のみを印加する場合には、室温よりも高い温度（恒温）に混合物１ａを放置させて乾燥をおこなう恒温乾燥を行う必要がある。恒温乾燥することでゴム材料に含まれる硫黄（Ｓ）原子によってゴム材料が架橋（熱架橋）して硬化するからである。これに対して本実施形態では、混合物１ａに磁場だけでなく、電場を印加している。このため、電場の印加による電気エネルギーが、混合物１ａ中に熱エネルギーとして蓄積される。この熱エネルギーによって、ゴム材料を架橋（熱架橋）して硬化することができる。このため、混合物１ａに磁場だけでなく、電場を印加する場合には、混合物１ａの恒温乾燥を行う必要は必ずしもないが、混合物１ａの恒温乾燥を行うことを制限するものではない。
【００３５】
図２Ａ及び図２Ｂに、混合物１ａに磁場及び電場を印加した場合の混合物１ａの硬化物（機能性ゴム１）のモデルを示す。
【００３６】
図２Ａに示すように、磁気混合流体（ＭＣＦ）とゴム材料の混合物１ａでは、複数の一次クラスタ１２が形成されている。図２Ａに示すように、一次クラスタ１２は、金属粒子１１の周りに複数の磁性粒子１０が凝集した構造を有する。これは、磁性粒子１０よりも金属粒子１１の方がはるかに大きいためである。磁性粒子１０は磁性流体（ＭＦ）に含まれる。また、金属粒子１１の周りに凝集している磁性粒子１０は、不飽和脂肪酸１０１で覆われていることが好ましい。特に、磁性粒子１０は、オレイン酸で覆われていることが好ましい。図２Ａでは、不飽和脂肪酸１０１で覆われた磁性粒子１０が、磁性流体１００として示されている。磁性粒子１０は磁性流体１００の核となっている。
【００３７】
混合物１ａに磁場が印加されると、図２Ａに示すように、複数の一次クラスタ１２が、磁場を印加する方向、すなわち、磁力線Ｍの方向に沿って配向される。金属粒子１１が、Ｎｉ粒子のような強磁性体であり、且つ金属粒子１１が一次クラスタ１２の中心に位置することにより、一次クラスタ１２が磁力線Ｍの方向に沿って配向されるためである。
【００３８】
図２Ａに示すように、混合物１ａに磁場及び電場を印加した場合の混合物１ａの硬化物（機能性ゴム１）では、磁気クラスタ（二次クラスタ）１３が磁力線Ｍに沿って配向している。この磁気クラスタ１３は、磁力線Ｍに沿って配向した一次クラスタ１２が接触して、繋ることにより形成される。磁気クラスタ１３中の複数の一次クラスタ１２は、互いに連結されているわけではないので、ゴム材料のもつ弾性特性により、一次クラスタ１２どうしの接触している部分がずれて、別の一次クラスタ１２と接触することも可能であると推測される。このようなクラスタの構造は概ね視覚的に確認することができる。
【００３９】
そして、混合物１ａに磁場及び電場が印加されると、図２Ａに示すように、主鎖１４を有するポリマーが複数形成されると共に、ポリマーの主鎖１４同士が硫黄（Ｓ）原子によって架橋される。更に、磁気クラスタ１３中の磁性粒子１０を覆う不飽和脂肪酸１０１のカルボキシル基がラジカル重合して、主鎖１４と磁気クラスタ１３とが不飽和脂肪酸１０１を介して架橋される。磁気クラスタ１３は、磁力線Ｍの方向に沿って配向しているため、磁気クラスタ１３と架橋している主鎖１４も、磁力線Ｍの方向に沿って配向する。これにより、図２Ｂに示すように、主鎖１４と磁気クラスタ１３とが同じ方向に配向すると共に、主鎖１４と磁気クラスタ１３とが架橋した網目構造が形成される。
【００４０】
このように、本実施形態における機能性ゴムは、磁性流体と金属粒子とを含有する磁気混合流体と、ゴム材料と、の混合物の、磁場及び電場の存在下での硬化物である。
【００４１】
また、機能性ゴムは、磁性粒子で覆われた金属粒子が一の方向に配向して繋がった磁気クラスタと、前記磁気クラスタの配向方向と同じ方向に主鎖が配向したポリマーとを備える。
【００４２】
なお、機能性ゴムの構造は推測によるものであり、詳細な構造を正確に把握することには、不可能またはおよそ実際的でない事情が存在する。
【００４３】
一方、図２Ｃに、混合物１ａに磁場を印加せずに、電場のみを印加して形成した混合物１ａの硬化物のモデルを示す。混合物１ａに電場が印加されると、混合物１ａにおいて、正極側の金属板４ａに接している部分ではカチオン重合が生じ、負極側の金属板４ｂに接している部分ではアニオン重合が生じる。これにより、ゴム材料を構成する炭素（Ｃ）間二重結合が重合して、複数の長尺な主鎖１４を有するポリマーが形成されるが、これらの主鎖１４はランダムに形成されているため、混合物１ａに電場のみを印加して硬化したゴムには電子が流れにくいと推測される。このことから、混合物１ａに電場のみを印加して形成したゴムを触覚センサに用いた場合、この触覚センサの感度が低いと考えられる。
【００４４】
混合物１ａに対する電場の印加は、一種の電気分解反応ともいえる。混合物１aは、電場の印加によって電界重合（電解重合）する。このため、金属板４ａ、４ｂの種類が重要である。金属板４ａ，４ｂが銅製である場合、混合物１ａの硬化物に銅が混合され、変色などの銅害が生じるおそれがある。金属板４ａ、４ｂがアルミ製、鉛製又は鉄製である場合、正極側のカチオン重合で発生した気体によって、混合物１ａの硬化物の表面に複数の穴が形成されるおそれがある。金属板４ａ、４ｂがステンレス製である場合には、混合物１ａの硬化物の表面を比較的平滑にすることができる。このため、金属板４ａ、４ｂはステンレス製であることが好ましい。
【００４５】
図３Ａは機能性ゴムの製造例を示す写真である。図３Ａに混合物１ａの硬化物の正極側の面を示し、図３Ｂに混合物１ａの硬化物の負極側の面を示す。混合物１ａの硬化物の正極側の面は、混合物１ａの硬化物の負極側の面よりも平滑であることがわかる。これは、混合物１ａに電場を印加することによって、正極側では重合反応が生じて、規則的に配列された主鎖１４が形成されやすいが、負極側では主鎖１４が規則的に配列されにくいからと推測される。また、本実施形態では、混合物１ａに磁場及び電場を印加しているため、磁気クラスタ１３と主鎖１４との網目構造が形成されていると考えられる。このため、混合物１ａに電場のみを印加した場合よりも、硬化物の正極側の面を平滑にすることができる。
【００４６】
上記のようにして、混合物１ａが硬化されることにより、シート状の機能性ゴムを製造することができる。この機能性ゴムは、以下の特徴を備える。
【００４７】
混合物１ａに磁場のみを印加し、恒温乾燥によって架橋して硬化させたゴムは、製造後に時間が経つと、電気抵抗値が上昇する等の電気特性の経時劣化が生じるおそれがある。これに対して、本実施形態の機能性ゴムは、混合物１ａを磁場及び電場の存在下で硬化させているため、製造後に時間が経過しても電気抵抗の値が上昇しにくく、電気特性の経時劣化が生じにくい。これは、ポリマーの主鎖と磁気クラスタとが同じ方向に配向すると共に、ポリマーの主鎖と磁気クラスタとが架橋した網目構造が形成されているためと推測される。
【００４８】
機能性ゴムは触覚センサ用であることが好ましい。すなわち、触覚センサが機能性ゴムを備えることが好ましい。
【００４９】
例えば図７に示す触覚センサＡは、ゴムセンサ部２を備える。ゴムセンサ部２は、シート状に形成した機能性ゴム（シート体）１に一対の導電板３、３を接続することで構成される。この一対の導電板３、３が電極となることにより、機能性ゴム１の電気的変化を観測することができる。機能性ゴム１と導電板３、３との接続方法は、種々の形態を採用することができる。
【００５０】
図４Ａ〜図４Ｆに、機能性ゴム１と導電板３，３との接続方法の一例を示す。機能性ゴム１として、矩形状のシート体を用い、導電板３は矩形の平板状のものを用いている。機能性ゴム１に一対の導電板３，３を取り付けることにより、図７に示す触覚センサＡのゴムセンサ部２を形成することが可能になる。
【００５１】
図４Ａ及び図４Ｂでは、機能性ゴム１の同一の面に導電板３，３が接続されている（同面型）。このような形態は、機能性ゴム１に平行に力がかかるときに有効である。すなわち、電流が機能性ゴム１の導電板３が接続されている側（電極側）の表面付近を流れるので、機能性ゴム１の電極側に物体を接触させることにより、高感度で電流の変化を検出することができる。
【００５２】
図４Ｃ及び図４Ｄでは、機能性ゴム１の表面及び裏面に導電板３、３が接続されていると共に、導電板３、３が対向するように配置されている（対向型）。このような形態では、機能性ゴム１に垂直に力がかかるときに有効である。すなわち、電流が機能性ゴム１の厚み方向に流れており、機能性ゴム１に物体を接触させることにより、高感度で電流の変化を観測することができる。そして、導電板３、３は機能性ゴム１を挟んで対向しており、導電板３、３の距離が短いため、導電板３、３間を電流が流れやすくなり、わずかな電流の変化を検出することができる。
【００５３】
図４Ｅ及び図４Ｆでは、機能性ゴム１の表面及び裏面に導電板３、３が接続されているが、導電板３、３は対向しておらず、平面視において別の位置に配置されている（非対向型）。このような形態では、機能性ゴム１に平行な力がかかるときに有効である。すなわち、電流が機能性ゴム１を一方の導電板３から他方の導電板３に向かう方向に沿って厚み方向に流れるので、機能性ゴム１に物体を接触させることにより、高感度で電流の変化を検出することができる。
【００５４】
上記の方法により製造された機能性ゴムは、金属粒子と磁性流体と天然ゴムとの複合により、超高感度で垂直力とせん断力とを同時に検出することができる。すなわち、ゴムセンサ部の材料を得るにあたり、ニッケル（Ｎｉ）等の金属粒子とマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）等の磁性粒子とを水に分散させた磁性流体（ＭＦ）を、ゴム材料に混合したゴム（ＭＣＦ触覚ゴムとも呼ぶ）とすることにより、０．０１Ｎ程度の重量で（換言すると１ｇの質量を置いた時に）反応してゴム中を電流が流れる超高感度の触覚センサを得ることができる。また、ＭＣＦ触覚ゴムは伸縮性と弾力性に富んでおり、超高感度に検出ができる触覚センサを提供できる。
【００５５】
また、触覚センサは、ＭＣＦ触覚ゴムの表面に対して垂直に押した時の力（垂直力）と、表面に対して平行に擦った時の力（せん断力、または、ずり応力）の両方の方向からの力に対して、同時に反応してゴム中を電流が流れるものである。
【００５６】
このように触覚センサによれば超高感度で物体を検出することができる。そのため、触覚センサの好ましい応用例としては、機能性ゴムを検出部に用いた感圧センサや、機能性ゴムを接点に用いた感圧スイッチなどを挙げることができる。この場合、電気は、機能性ゴムの厚み方向にすばやく流れるので、膜厚方向に電気を感知する設計とすることが好ましい。また、更なる応用も可能である、例えば、ロボットに触覚センサを搭載できる。また、機械加工、航空機や自動車の業界などにおける研磨面の検査、服飾衣料業界における服の肌触り検査、乳がんチェッカーなどの触診などの医療検査、化粧品業界における女性の肌触りの検査、食品検査、バイオ関係における生物の肌触り検査など広範囲に渉って応用可能である。
【００５７】
ここで、機能性ゴムを得るための混合物の好ましい組成の具体例を示す。これらの混合物から得た機能性ゴムは、触覚センサとして利用可能であることが確認されている。
【００５８】
（組成例１）
天然ゴム（ＮＲ−ＬＡＴＥＸ、（有）ハイラテック製）：１２ｇ（４４．４ｗｔ％）
Ｎｉ粉末（平均長３〜７μｍ、山石金属（株）製）：１２ｇ（４４．４ｗｔ％）
磁性流体（ＭＦ（水：６．３ｗｔ％、マグネタイト：３．４ｗｔ％）、水ベース磁性流体、シグマハイケミカル（株）製）：３ｇ（１１．１ｗｔ％）
※磁性流体におけるマグネタイトはＦｅ３Ｏ４からなる直径１０ｎｍの球形粒子である。また、水とマグネタイトを混ぜたものが磁性流体（ＭＦ）の量となる。
【００５９】
本実施形態の機能性ゴムは起電力を有し得る。本実施形態の機能性ゴムは、配線等によって異なる部分を電気的に接続すると、電圧が観測される。このため、機能性ゴムを用いることにより、電源を要しない触覚センサを作製することができる。このような触覚センサとして、例えば、機能性ゴムから発せられる電圧の変化を測定するセンサが挙げられる。
【００６０】
図５Ａ及び図５Ｂに、混合物１ａを上記の製造方法で製造した場合の機能性ゴム１の層状態を示す。図５Ａ及び図５Ｂの上下の方向が、シート状の機能性ゴム１の厚み方向である。
【００６１】
図５Ａの機能性ゴム１は、正極側の金属板４ａと接触していた正極部１５と、負極側の金属板４ｂと接触していた負極部１６と、正極部１５及び負極部１６との間に位置する中間部１７とを備える。正極部１５は混合物１ａのカチオン重合が生じた部分であり、負極部１６は混合物１ａのアニオン重合が生じた部分であり、中間部１７は混合物１ａのカチオン重合及びアニオン重合が生じていない部分である。このため、中間部１７には、イオン重合していない磁気クラスタ１３が存在すると共に、この磁気クラスタ１３が配位重合している。
【００６２】
図５Ｂの機能性ゴム１は、正極部１５、負極部１６、中間部１７に加えて、無磁場部１８を備える。無磁場部１８は、混合物１ａの硬化の際に電場のみが印加され、磁場が印加されていない部分である。上記の機能性ゴム１の製造方法においては、図１Ｂにおける磁場が印加された領域からはみ出した混合物１ａが、無磁場部１８として形成され得る。図５Ｂの機能性ゴム１は、無磁場部１８として、無磁場部１８ａと１８ｂとを備える。無磁場部１８ａは正極部１５に接続し、無磁場部１８ｂは負極部１６に接続する。
【００６３】
図５Ａ及び図５Ｂの機能性ゴム１は、正極部１５と中間部１７とを電気的に接続した場合、及び負極部１６と中間部１７とを電気的に接続した場合に電圧が観測される。図５Ｂの機能性ゴム１は、さらに、正極部１５と無磁場部１８ｂとを電気的に接続した場合、負極部１６と無磁場部１８ａとを電気的に接続した場合、中間部１７と無磁場部１８ａとを電気的に接続した場合、及び中間部１７と無磁場部１８ｂとを電気的に接続した場合に電圧が観測される。そのため、機能性ゴム１は電力を取り出すことが可能である。
【００６４】
図５Ａの機能性ゴム１及び図５Ｂの機能性ゴム１は、正極部１５同士、負極部１６同士、中間部１７同士、及び正極部１５と負極部１６とを電気的に接続しても、電圧は観測されない。また、図５Ｂの機能性ゴム１において、無磁場部１８同士を電気的に接続しても電圧は観測されない。
【００６５】
機能性ゴムの製造に用いる混合物１ａにドーピング剤を添加することにより、機能性ゴムを電気的に接続することで観測される電圧を高くすることができる。このドーピング剤は電解性物質であることが好ましい。この電解性物質として、例えば、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等が挙げられる。特にドーピング剤がヨウ化カリウム（ＫＩ）であることが好ましい。
【００６６】
電気的に接続した場合に電圧を観測可能な機能性ゴムが得られる好ましい組成の具体例を以下に示す。
【００６７】
（組成例２）
天然ゴム（ＮＲ−ＬＡＴＥＸ、（有）ハイラテック製）：１２ｇ（３７ｗｔ％）
Ｎｉ粉末（平均長３〜７μｍ、山石金属（株）製）：１２ｇ（３７ｗｔ％）
磁性流体（ＭＦ（水：６．３ｗｔ％、マグネタイト：３．４ｗｔ％）、水ベース磁性流体、シグマハイケミカル（株）製）：３ｇ（９．３ｗｔ％）
ヨウ化カリウム（ＫＩ）：５．４ｇ（１６．７ｗｔ％）
起電力を有する機能性ゴム１は、継続して電力を取り出すことが可能である。機能性ゴム１は、蓄電性、充電性、又は発電性を有し得る。
【００６８】
更に、機能性ゴム１が起電力を有することにより、機能性ゴムを備え、無電源方式である触覚センサを構成することができる。ここでいう無電源方式とは、電源、および機能性ゴムと電源とを電気的に接続する導線を備えないことをいう。すなわち、無電源方式である触覚センサとは、電源および導線が組み込まれた一体型の触覚センサのことをいう。
【実施例】
【００６９】
（製造例１）
ニッケル粉（平均長３〜７μｍ、細長形状、山石金属（株）製「１２３」）１２ｇと、磁性流体〔ＭＦ〕（水ベース磁性流体、シグマハイケミカル（株）製「Ｍ−３００」）１２ｇとを容器で混合し、天然ゴム材料（（有）ハイラテック製「ＮＲ−ＬＡＴＥＸ」）１２ｇを更に加えて、その容器を氷水の中に浸しながら、この混合物を超音波攪拌機で５分間撹拌した。その後、その容器を氷水の中に浸しながら、混合物について３０分間の真空脱泡をおこなった。その後、図１Ａに示すように、２０ｍｍ×１５ｍｍ×５ｍｍの永久磁石（二六製作所製のネオジウム磁石）上に、５ｃｍ四角、厚さ１ｍｍのステンレス板を置き、ステンレス板の四隅には厚さ１ｍｍの隙間保持用の紙（スペーサー）を配置した。このステンレス板の上に混合物３〜５ｍｌを配置し、更に、同じ大きさのステンレス板とネオジウム磁石とを配置して、二つのステンレス板で混合物を挟むことにより、図１Ｂに示すように、一対のステンレス板で挟まれた混合物を、一対の永久磁石で挟んだ状態とした。一対の永久磁石は、Ｎ極とＳ極とが向かい合うように配置されている。更に、一対のステンレス板に直流電源を接続して、直流電源のスイッチをＯＮにすることにより、磁場をかけながら二つのステンレス板の間に電圧を印加した。これにより、混合物に磁場及び電場が印加された状態となり、混合物の硬化が進行した。印加した磁場は４９０ｍＴであり、印加した電圧は６Ｖであり、電圧の印加時間は３０分であった。混合物に対する電場の印加後、ステンレス板と直流電源との接続を解除した。その後、一対のステンレス板と一対の永久磁石とで挟まれた混合物を、そのまま４時間、４７℃の条件で恒温乾燥した。得られたシート状の硬化物を、製造例１のシート体（機能性ゴム）とした。
【００７０】
（比較製造例１）
一対のステンレス板に直流電源を接続せず、混合物に電場を印加しなかったこと以外は、製造例１と同様にして、比較製造例１のシート体を作製した。このシート体は、磁場が印加された状態で恒温乾燥されることにより、硬化したものである。
【００７１】
（比較製造例２）
一対の永久磁石を使用せず、且つ一対のステンレス板に直流電源を接続せず、混合物に電場も磁場も印加しなかったこと以外は、製造例１と同様にして、比較製造例２のシート体を作製した。このシート体は、磁場及び電場の両方が印加されない状態で恒温乾燥されることにより、硬化したものである。
【００７２】
（試験例１）
製造例１、比較製造例１及び比較製造例２のシート体について、図４Ａ、図４Ｂに示すようにシート体の同一の面に導電板を０Ｎで触れた場合（同面型）の電気抵抗値を測定した。その結果を、下記の表１に示す。
【００７３】
【表１】
2017053745.tif 000003
【００７４】
表１に示すように、電場も磁場も印加しなかった比較製造例２のシート体は、１０日目にして既に電気抵抗値が非常に高く、電場及び磁場を印加した製造例１及び電場を印加した比較製造例１のシート体と比べて、経時劣化が激しい。
【００７５】
また、製造例１のシート体と比較製造例１のシート体とを比較すると、製造例１では６１日後において１６．４Ωであるのに対し、混合物に電場を印加せず磁場のみを印加した比較製造例１では６１日後において３３Ωとなっている。すなわち、混合物を磁場及び電場の存在下で硬化させることにより、混合物に磁場のみの存在下で硬化させる場合よりも、電気抵抗値の低下を長期に亘り抑制することができ、経時劣化を抑制することができる。
【００７６】
（製造例２）
製造例１のシート体の製造において、印加した磁場の値を１３０ｍＴにし、恒温乾燥を行わなかったこと以外は、製造例１と同様にして、シート体を作製した。
【００７７】
（製造例３）
製造例１のシート体の製造において、印加した磁場の値を１８８ｍＴにし、恒温乾燥を行わなかったこと以外は、製造例１と同様にして、シート体を作製した。
【００７８】
（試験例２）
製造例２〜３のシート体について、電場及び磁場の印加後の硬化状態の評価結果を、印加した磁場の値、印加した電場の値及び電場の印加時間と共に、下記の表２に示す。
【００７９】
【表２】
2017053745.tif 000004
【００８０】
表２に示すように、製造例２、および製造例２よりも印加した磁場の値が大きい製造例３では、混合物が完全に硬化した。
【００８１】
更に、参考として、印加した磁場の値、および印加した電場の値を変化させた場合の、電場の印加時間に対する混合物の温度変化について、図６Ａ〜図６Ｃに示す。この温度変化から混合物の硬化状態がわかる。混合物が４７℃を超えると硬化が速やかに進行するからである。
【００８２】
図６Ａは、印加した磁場の値が１３０ｍＴの場合を示す。図６Ａに示すように、電場を印加することにより、混合物の温度が、ゴム材料の熱架橋（熱重合）が生じると考えられる４７℃に達しており、それにより混合物が硬化したと考えられる。
【００８３】
図６Ｂは印加した磁場の値が１８８ｍＴである場合を示し、図６Ｃは印加した磁場の値が３１２ｍＴである場合を示す。図６Ｂ、Ｃに示すように、磁場の値が１８８ｍＴの場合及び磁場の値が３１２ｍＴの場合のいずれにおいても、混合物の温度が４７℃に達しており、それにより混合物が硬化したと考えられる。
【００８４】
図６Ａ〜図６Ｃからすると、混合物に電場及び磁場を印加する場合、印加する磁場の値が大きくなるにつれ、電場の印加によって生じる熱エネルギーが小さくなる。これは、印加する磁場の値が大きいと混合物に含まれる金属粒子が凝集して、混合物中の金属粒子の凝集密度が大きくなり、電場の印加によるゴム材料の硬化が阻害されるためであると考えられる。
【００８５】
（製造例４〜７、比較製造例３〜４）
下記表３に示すように、磁場の印加、電場の印加及び恒温乾燥の条件で硬化を行ったこと以外は、製造例１と同様にして、シート体を作製した。
【００８６】
【表３】
2017053745.tif 000005
【００８７】
（試験例３）
図７に示す実験装置に、シート状の機能性ゴム１である上記のシート体を取り付けて、せん断力又は垂直力がかかった場合にシート体を流れる電流の変化を測定した。
【００８８】
図７の実験装置は、触覚センサＡの一例である。この触覚センサＡは、シート体を備えるゴムセンサ部２の一側端部の上面に、一方の導電板３（陰極）を取り付けるとともに、他側端部の下面に、他方の導電板３（陽極）を取り付けたものである。そして、各導電板３は導線９を介して導電板３，３間に電圧を印加する電圧印加機構１９に接続されている。また、導線９は、電流計などの電流量測定機構にも接続されている。この実験装置では、ゴムセンサ部２における物体Ｂ（被検査物体）の接触面とは反対側の面には、ゴムセンサ部２を面状に支持する支持体２０が配置され、物体Ｂと接触した際に、ゴムセンサ部２が折れ曲がったりすることを抑制している。また、この支持体２０は、アクチュエータ２１と接続され、ゴムセンサ部２の表面に平行な方向に稼動するようになっている。そして、アクチュエータ２１と支持体２０との間には平行に移動するときにかかる応力を測定するロードセル２２が設けられている。一方、物体Ｂは、ヒータ２３が埋め込まれた載置台２４に載置される。この載置台２４はアクチュエータなどの昇降機構２５によって上方又は下方に移動するものである。また、載置台２４における物体Ｂの下方には、垂直方向に力がかけられたときの応力を測定するロードセル２６が設けられている。
【００８９】
以上のような実験装置を用いれば、シート体にかけられたせん断力又は垂直力と、シート体の電流変化との関係を測定することができる。
【００９０】
ここで、機能性ゴム１として、製造例４〜７のシート体及び比較製造例３〜４のシート体を用い、ゴムセンサ部２を作製した。導電板３，３間の距離は８ｍｍとし、導電板３、３間に電圧１０Ｖを印加して、電流を測定した。物体Ｂ（被検査物体）として紙やすりを用い、この紙やすりの表面をゴムセンサ部２で撫でるようにした。
【００９１】
ザラザラな面は、表面粗さの指標であるＲａ、Ｒｙ、Ｒｑ等の物理量として表わすことができる。また、触覚センサＡでは、ツルツル感やザラザラ感は、Ｒａ、Ｒｙ、Ｒｑ等の表面粗さの指標に対応した、シート体を流れる電流変化によって表されるものと推測される。従って、この試験では、撫でられる物体Ｂの表面の凹凸の指標としてＲａ、Ｒｙ、Ｒｑを用い、シート体の電流変化との関係を調べた。試験で用いた紙やすりの表面粗さＲａ、Ｒｙ、Ｒｑは、それぞれＲａ＝２０．８６μｍ、Ｒｙ＝１９９．９μｍ、Ｒｑ＝２６．８９μｍである。なお、表面粗さの測定には、表面粗さ計（ミツトヨ（株）製「ＳＪ−４０１」）を使用した。
【００９２】
試験においては、まず、昇降機構２５により物体Ｂを上方に垂直移動させ、物体Ｂをゴムセンサ部２に近づけて、ゴムセンサ部２と物体Ｂとを接触させた。そのときにかかる垂直力をロードセル２６で測定した。また、物体Ｂと接触したゴムセンサ部２を、アクチュエータ２１により平行移動させて物体Ｂ上を掃引速度１．７ｍｍ／ｓで掃引した。そのときにかかる平行応力（せん断力）をロードセル２２で測定した。また、掃引される物体の移動距離をレーザ変位計で測定した。なお、物体Ｂが導電板３に当たらないように、物体Ｂをゴムセンサ部２の両導電板間の表面に当てて掃引した。
【００９３】
図８に、製造例４〜７及び比較製造例３〜４について、表面粗さＲｑの物体Ｂに関する電流量Ｒｑ，Ｅ（修正ゴム電流Ｒｑ，Ｅ）を示したグラフを示す。また、図９に、製造例４〜７及び比較製造例３〜４について、表面粗さＲａの物体Ｂに関する電流量Ｒａ，Ｅ（修正ゴム電流Ｒａ，Ｅ）を示したグラフを示す。また、図１０に、製造例４〜７及び比較製造例３〜４について、表面粗さＲｙの物体Ｂに関する電流量Ｒｙ，Ｅ（修正ゴム電流Ｒｙ，Ｅ）を示したグラフを示す。なお、修正ゴム電流とは、初期状態のシート体を流れている電流量を０に修正した場合の電流量を示す。
【００９４】
図８と、図９と、図１０とによると、電場及び磁場の存在下で混合物を硬化させた製造例４〜７のシート体は、印加した電場の値に関わらず、電場を印加することなく混合物を硬化させた比較製造例３、４のシート体よりも、電流量が大きくなっている。すなわち、電場及び磁場の存在下で混合物を硬化させたシート体は、電場を印加せずに混合物を硬化させたシート体よりも、感度が大きい。
【００９５】
図８、図９、図１０によると、印加した磁場の値が大きい製造例７のシート体は、印加した磁場の値が小さい製造例４、製造例５及び製造例６の機能性ゴムよりも、電流量が小さくなっている。すなわち、電場及び磁場の存在下で混合物を硬化させたシート体において、印加した磁場の値が小さいシート体は、印加した磁場の値が大きいシート体よりも、感度が大きい。
【００９６】
図８、図９、図１０によると、混合物に電場及び磁場を印加した後に恒温乾燥を行った製造例４のシート体は、恒温乾燥を行わなかった製造例５のシート体よりも、電流値が小さくなっている。すなわち、電場及び磁場を印加した後に恒温乾燥を行わなかったシート体の方が、恒温乾燥を行ったシート体よりも、感度が大きい。
【００９７】
図８、図９、図１０によると、電場の印加時間が短い製造例６のシート体は、電場の印加時間が長い製造例５のシート体よりも、電流値が小さくなっている。すなわち、電場及び磁場を印加して硬化したシート体において、電場の印加時間が長いシート体の方が、電場の印加時間が短いシート体よりも、感度が大きい。
【００９８】
以上のことから、上記の製造例の中では、電場及び磁場の存在下で混合物を硬化していて、印加した磁場の値が比較的小さく、電場の印加時間が長く、恒温乾燥を行っていない製造例５の機能性ゴムが、最も電流値が大きく、もっとも感度が高い。
【００９９】
（製造例８）
ニッケル粉（平均長３〜７μｍ、細長形状、山石金属（株）製「１２３」）１２ｇと、磁性流体〔ＭＦ〕（水ベース磁性流体、シグマハイケミカル（株）製「Ｍ−３００」）１２ｇとを容器で混合し、更に天然ゴム材料（（有）ハイラテック製「ＮＲ−ＬＡＴＥＸ」）１２ｇと、ヨウ化カリウム（ＫＩ）５．４ｇとを加え、その容器を氷水の中に浸しながらこの混合物を超音波攪拌機で５分間撹拌した。その後、その容器を氷水の中に浸しながら、混合物について３０分間の真空脱泡をおこなった。その後、２０ｍｍ×１５ｍｍ×５ｍｍの永久磁石（二六製作所製のネオジウム磁石）上に、５ｃｍ四角、厚さ１ｍｍのステンレス板を置き、ステンレス板の四隅には厚さ１ｍｍの隙間保持用の紙（スペーサー）を配置した。このステンレス板の上に混合物３〜５ｍｌを配置し、更に、同じ大きさのステンレス板と永久磁石とを配置して、二つのステンレス板で混合物を挟むことにより、一対のステンレス板で挟まれた混合物を、一対の永久磁石で挟んだ状態とした。一対の永久磁石は、Ｎ極とＳ極とが向かい合うように配置されている。更に、一対のステンレス板に直流電源を接続して、直流電源のスイッチをＯＮにすることにより、二つのステンレス板の間に電圧を印加した。これにより、混合物に磁場及び電場が印加された状態となり、混合物の硬化が進行した。印加した磁場は１８８ｍＴであり、印加した電圧は６Ｖであり、電場の印加時間は３０分である。混合物に対する電場の印加後、ステンレス板と直流電源との接続を解除した。その後、一対のステンレス板及び一対の永久磁石で挟まれた混合物を、そのまま４時間、４７℃の条件で、恒温乾燥をおこなった。得られたシート状の硬化物を、製造例８のシート体（機能性ゴム）とした。このシート体を電圧計で測定したところ、シート体は起電力を有するものであった。具体的には、図５Ｂにおける、正極部１５と中間部１７、負極部１６と中間部１７、中間部１７と無磁場部１８ａ、中間部１７と無磁場部１８ｂとを接続した場合に、電圧が観測された。尚、正極部１５同士、負極部１６同士、中間部１７同士、正極部１５と負極部１６を接続した場合には、電圧が観測されなかった。
【０１００】
（製造例９）
ヨウ化カリウム（ＫＩ）を含有しない混合物（ニッケル粉と磁性流体と天然ゴム材料を含む）を用いたこと以外は、製造例８と同様にしてシート体を作製した。このシート体を電圧計で測定したところ、シート体は起電力を有するものであった。具体的には、図５Ｂにおける、正極部１５と中間部１７、負極部１６と中間部１７、正極部１５と無磁場部１８ｂ、負極部１６と無磁場部１８ａとを接続した場合に、電圧が観測された。尚、正極部１５同士、負極部１６同士、中間部１７同士、正極部１５と負極部１６を接続した場合には、電圧が観測されなかった。
【０１０１】
（試験例４）
製造例８及び製造例９のシート体を用いて、試験例３と同様の実験装置により、物体Ｂ（被検査物体）の表面をゴムセンサ部２で撫でるようにした。試験例３では、導電板３、３間に電圧を印加して物体Ｂ（被検査物体）を撫でた際の電流変化を測定したが、シート体が起電力を有することから、試験例４では、電圧を印加することなく、物体Ｂ（被検査物体）を撫でた際にシート体（機能性ゴム）から発せられる電圧変化を測定した。被検査物体としては、試験例３と同様に、物体Ｂ（被検査物体）として、表面粗さＲａ、Ｒｙ、ＲｑがそれぞれＲａ＝２０．８６μｍ、Ｒｙ＝１９９．９μｍ、Ｒｑ＝２６．８９μｍである紙やすりを用いた。実験装置には、図７と同様の装置を用い、通常のロードセル（ミネベア（株）製、「ＬＳＭ−５００Ｇ−Ｂ」）のセンサーにより垂直力とせん断力とを同時に計測した。電圧変化は、図４Ｅ及び図４Ｆに示すように、表裏の面の平面視で異なる位置に導電板を０Ｎでふれた場合（非対向型）の電圧の変化を測定した。ゴムセンサ部２で物体Ｂを触れた当初の垂直力（初期垂直力）は０．１６Ｎであり、ゴムセンサ部２で物体Ｂを撫でる速度（掃引速度）は５ｍｍ／ｓであった。
【０１０２】
図１１Ａは、製造例８のシート体を備えるゴムセンサ部２で物体Ｂを撫でた際の、シート体に掛かる垂直力の変化と、シート体から発せられた電圧の変化とを示す。図１１Ｂは、製造例８のシート体を備えるゴムセンサ部２で物体Ｂを撫でた際の、シート体に係るせん断力の変化と、シート体から発せられた電圧の変化とを示す。図１１Ｃは、製造例８のシート体を備えるゴムセンサ部２で物体Ｂを撫でた際に、シート体に掛かるせん断力によりシート体から発せられた電圧の変化と、製造例９のシート体を備えるゴムセンサ部２で物体Ｂを撫でた際に、シート体に掛かるせん断力によりシート体から発せられた電圧の変化とを示す。図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃにおいて、横軸は、掃引した距離である。
【０１０３】
図１１Ａ及び図１１Ｂによると、製造例８のシート体は、シート体に係る垂直力の変化及びせん断力の変化と、シート体から発せられた電圧の変化とが、ほぼ対応している。また、図１１Ｃによると、製造例８のシート体は、製造例９のシート体よりも、電圧の変化が大きい。すなわち、ドーピングを行ったシート体の方が、ドーピングを行っていないシート体よりも感度が大きい。
【０１０４】
（試験例５）
図１２に示すように、二つの長尺な製造例９のシート体（シート体１００Ｂ、１００Ｃとする）で、製造例８のシート体（シート体１００Ａとする）を挟み、シート体１００Ｂ、１００Ｃの両端における電圧を測定した。尚、磁石よりも大きい長尺のシート体は、混合物に電場を印加しながら、一対のネオジウム磁石をゆっくりと複数回、掃引させることで作製することができる。
【０１０５】
その結果、シート体１００Ｂ、１００Ｃの両端に電圧計を接続したところ、電圧が測定され、起電力を有することが確認された。
【０１０６】
（試験例６）
図１３Ａに示すように、製造例８のシート体１００Ａと製造例９のシート体１００Ｂとを、電場の印加時に負極側であった面同士が重なるように、すなわち、シート体１００Ａの負極部１６と、シート体１００Ｂの負極部１６とが重なるように積層した。これを試験体３０とした。
【０１０７】
図１３Ｂに示すように、製造例８のシート体１００Ａと製造例９のシート体１００Ｂとを、シート体１００Ａの電場の印加時に負極側であった面と、シート体１００Ｂの電場の印加時に正極側であった面とが重なるように、すなわち、シート体１００Ａの負極部１６と、シート体１００Ｂの正極部１５とが重なるように積層した。これを試験体３１とした。
【０１０８】
図１３Ｃに示すように、製造例８のシート体１００Ａを、二つの製造例９のシート体１００Ｂ、１００Ｃとで挟むように積層した。この際、シート体１００Ａの電場の印加時に正極側であった面に、シート体１００Ｂの電場の印加時に負極側であった面とが重なるように、すなわち、シート体１００Ａの正極部１５と、シート体１００Ｂの負極部１６とが重なるように積層した。また、シート体１００Ａの電場の印加時に負極側であった面と、シート体１００Ｃの電場の印加時に負極側であった面とが重なるように、すなわち、シート体１００Ａの負極部１６と、シート体１００Ｃの負極部１６とが重なるように、積層した。これを試験体３２とした。
【０１０９】
図１３Ｄに示すように、製造例８のシート体１００Ａを、二つの製造例９のシート体１００Ｂ、１００Ｃとで挟むように積層した。この際、シート体１００Ａの電場の印加時に正極側であった面に、シート体１００Ｂの電場の印加時に負極側であった面とが重なるように、すなわち、シート体１００Ａの正極部１５と、シート体１００Ｂの負極部１６とが重なるように積層した。また、シート体１００Ａの電場の印加時に負極側であった面と、シート体１００Ｃの電場の印加時に正極側であった面とが重なるように、すなわち、シート体１００Ａの負極部１６と、シート体１００Ｃの正極部１５とが重なるように、積層した。これを試験体３３とした。
【０１１０】
なお、図１３Ａ〜図１３Ｄのシート体１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃは、正極部１５と負極部１６との間に、中間部１７を有する。
【０１１１】
上記の試験体３０、試験体３１、試験体３２及び試験体３３に電極を接続して、電圧を測定した。その結果を、下記の表４に示す。
【０１１２】
【表４】
2017053745.tif 000006
【０１１３】
更に、試験体３０、試験体３１、試験体３２及び試験体３３について、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃ及び図１３Ｄに示す矢印のように、垂直方向に押しつぶした際の電圧の変化を測定したところ、全ての試験体において、電圧の減少を観測することができた。すなわち、上記の試験体３０、試験体３１、試験体３２、及び試験体３３は、垂直力に対する感圧性を有する。
【０１１４】
特に、ドーピングを施した製造例８のシート体と、ドーピングを施していない製造例９のシート体とを積層している試験体３０及び試験体３１は、製造例８のシート体を二つの製造例９のシート体で挟んでいる試験体３２よりも、垂直力に対する感圧性が強い。また、製造例８のシート体の負極と、製造例９のシート体の負極とを重ねた試験体３０は、製造例８のシート体の負極と、製造例９のシート体の正極とを重ねた試験体３１よりも、垂直力に対する感圧性が強い。
【０１１５】
（試験例７）
試験例３と同様の実験装置（図７参照）により、製造例９のシート体に垂直力を付加したときの電圧変化を測定した。試験例７では、シート体を備えるゴムセンサ部２で、物体Ｂとして製造例９のシート体を撫でた際に、ゴムセンサ部２を構成するシート体から発せられる電圧の変化を測定した。すなわち、二つの製造例９のシート体を用いた。
【０１１６】
詳細には、図４Ｅ、Ｆに示すように製造例９のシート体（ゴムセンサ部）の表裏の面の平面視で異なる位置に、導電板３、３を配置して（非対向型）、ゴムセンサ部２を構成した。
【０１１７】
尚、製造例９のシート体（ゴムセンサ部）の表面と導電板３との間には、電気抵抗５０Ω以上の厚さ０．１２１ｍｍからなる紙を挟んだ。この紙は、シート体の表面と導電板３との間でも、シート体の裏面と導電板３との間でも、あるいはシート体の表裏の面の両方に設けられていても構わないが、このような紙を挟まない場合は、電圧の変化を観測することができない。
【０１１８】
試験例７では、試験例４と同様に電圧を印加することなく、ゴムセンサ部２のシート体で、物体Ｂとして配置された製造例９のシート体を撫でた際の、ゴムセンサ部２のシート体から発せられる電圧変化を測定した。実験装置には、図７と同様の装置を用い、通常のロードセル（ミネベア（株）製、「ＬＳＭ−５００Ｇ−Ｂ」）のセンサーにより垂直力を計測した。
【０１１９】
図１４は、製造例９のシート体を備えるゴムセンサ部２で、製造例９のシート体（物体Ｂ）を撫でた際に、シート体（物体Ｂ）に掛かる垂直力の変化と、ゴムセンサ部２のシート体から発せられた電圧の変化とを示す。
【０１２０】
図１４によると、製造例９のシート体は、シート体に係る垂直力の変化に応じて、シート体から発せられる電圧が変化する。
【０１２１】
試験例７（図１４）及び試験例５（図１２）からすると、これまでのあらゆる触覚センサでは、電圧を印加した時の電流等を測定するための電源と、電源とセンサとを繋ぐ導線が必要であったが、上記のシート体（機能性ゴム）では、シート体のみで触覚センサを構成することができる。すなわち、上記のシート体（機能性ゴム）は、これら電源、およびセンサと電源とを繋ぐ導線の機能を一体化することができ、無電源方式の触覚センサを提供することができる。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図３】
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【図６】
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【図１１】
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