柔性导电材料、及使用其的换能器、挠性电路板、电磁波屏蔽体.pdf

上传人:GAME****980 文档编号:1883779 上传时间:2018-07-19 格式:PDF 页数:32 大小:4.55MB
返回 下载 相关 举报
摘要
申请专利号:

CN201180023393.2

申请日:

2011.10.12

公开号:

CN102893342A

公开日:

2013.01.23

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):H01B 1/20申请公布日:20130123|||著录事项变更IPC(主分类):H01B 1/20变更事项:申请人变更前:东海橡塑工业株式会社变更后:住友理工株式会社变更事项:地址变更前:日本爱知县变更后:日本爱知县|||实质审查的生效IPC(主分类):H01B 1/20申请日:20111012|||公开

IPC分类号:

H01B1/20; C08K3/04; C08L15/00; H01B1/24; H02N1/00; H05K1/09; H05K9/00

主分类号:

H01B1/20

申请人:

东海橡塑工业株式会社

发明人:

伊藤贵雅; 小林淳; 吉川均

地址:

日本爱知县

优先权:

2010.10.13 JP 2010-230614; 2011.03.09 JP 2011-051365

专利代理机构:

北京林达刘知识产权代理事务所(普通合伙) 11277

代理人:

刘新宇;张会华

PDF下载: PDF下载
内容摘要

本发明提供一种柔性导电材料、及使用其的换能器、挠性电路板、电磁波屏蔽体。柔性导电材料包括弹性体、充填于该弹性体中的导电剂、固定于该弹性体中且能够吸附离子性物质的吸附剂。采用该柔性导电材料,离子化后的杂质不易向介质膜等被粘物移动。由此,施加有电压时的泄漏电流变小。因此,通过由该柔性导电材料形成电极或布线,能够实现泄漏电流较小且耐久性优异的换能器及挠性电路板。并且,使用该柔性导电材料,能够实现泄漏电流较小的电磁波屏蔽体。

权利要求书

权利要求书一种柔性导电材料,其特征在于,其包括弹性体、充填于该弹性体中的导电剂、固定于该弹性体中且能够吸附离子性物质的吸附剂。
根据权利要求1所述的柔性导电材料,其中,
上述吸附剂为从具有巯基的化合物、离子交换聚合物、二氧化硅、活性炭、以及介孔碳中选择的一种以上的物质。
根据权利要求2所述的柔性导电材料,其中,
上述具有巯基的化合物与上述弹性体化学键合。
根据权利要求2或3所述的柔性导电材料,其中,
上述具有巯基的化合物具有三嗪骨架。
根据权利要求2至4中任一项所述的柔性导电材料,其中,
上述具有巯基的化合物含有三聚硫氰酸。
根据权利要求2所述的柔性导电材料,其中,
上述离子交换聚合物为H型阳离子交换树脂或O H型阴离子交换树脂。
根据权利要求1至6中任一项所述的柔性导电材料,其中,
上述导电剂含有炭黑和银粒子中的至少一种。
根据权利要求1所述的柔性导电材料,其中,
上述导电剂和上述吸附剂为活性炭和介孔碳中的至少一种。
一种换能器,其特征在于,其具有弹性体制的介质膜、隔着该介质膜配置的多个电极、以及分别与多个该电极相连接的布线,
该电极及该布线中的至少一个由权利要求1至权利要求8中任一项所述的柔性导电材料构成。
根据权利要求9所述的换能器,其中,
上述电极具有层叠着的多个导电层,
在多个该导电层中,内侧导电层与上述介质膜接触,至少内侧导电层由上述柔性导电材料构成。
一种挠性电路板,其特征在于,其包括弹性基材与配置于该弹性基材表面的布线,
该布线的至少一部分由权利要求1至权利要求8中任一项所述的柔性导电材料构成。
一种电磁波屏蔽体,其特征在于,其由权利要求1至权利要求8中任一项所述的柔性导电材料形成。

说明书

说明书柔性导电材料、及使用其的换能器、挠性电路板、电磁波屏蔽体
技术领域
本发明涉及一种适合于可伸缩的电极、布线等的柔性导电材料、及使用该柔性导电材料的换能器、挠性电路板、电磁波屏蔽体。
背景技术
现在,正利用介电弹性体等高分子材料进行柔软性高、小型且轻量的换能器的开发。作为换能器的一个实例,可列举出在弹性体制的介质膜的表里两面配置一对电极而构成致动器(例如参照专利文献1、2)。在这种致动器中,若增大施加于电极间的施加电压,则电极间的静电引力变大。由此,夹于电极间的介质膜沿厚度方向被压缩,介质膜的厚度变薄。若膜厚变薄,则相应地介质膜在平行于电极表面的方向伸长。另一方面,若减小施加于电极间的施加电压,则电极间的静电引力变小。由此,对介质膜的沿厚度方向的压缩力变小,在介质膜的弹性恢复力的作用下膜厚变厚。若膜厚变厚,则相应地介质膜在平行于电极表面的方向收缩。这样,致动器通过与施加电压的大小相对应的介质膜的伸长、收缩来对驱动对象构件进行驱动。
在致动器中,电极被固定于介质膜的表里两面。因此,要求电极能够与介质膜的变形相应地伸缩,并且不影响介质膜的伸长、收缩。
专利文献1:日本特表2003‑506858号公报
专利文献2:日本特开2009‑296703号公报
例如,如专利文献2所述,可伸缩的电极能够由在弹性体中混合炭黑等导电剂而得到的柔性导电材料来形成。然而,在使用弹性体的情况下,弹性体中的杂质成为问题。例如,在硫化交联的情况下,在交联后的弹性体的中,大多残存未反应的硫、硫化促进剂等、及硫、硫化促进剂等的分解产物(反应残渣)。并且,在作为原料的橡胶聚合物中也含有在聚合反应时添加的引发剂、乳化剂、链转移剂等反应残渣。这些反应残渣为弹性体中的杂质。因此,由含有上述弹性体的柔性导电材料在介质膜的表面上形成了电极的情况下,电极(柔性导电材料)中的杂质可能会被离子化而移动到介质膜。并且,在将金属粉末(例如银粉末)用作了导电剂的情况下,离子化后的银(Ag+)可能会移动到介质膜而作为银析出(迁移)。
并且,在与柔性导电材料接触的构件(介质膜等)中含有的杂质在移动到柔性导电材料后,也可能会再次移动到该构件。作为这种杂质例如可列举出:用作交联促进剂的二甲基二硫代氨基甲酸的锌盐、铁盐、2‑巯基苯并噻唑(mercaptobenzothiazole)的钠盐、锌盐,用作增塑剂、阻燃剂的磷酸三甲苯酯(tricresylphosphate)等有机磷酸化合物的水解产物、源自表面活性剂的季铵盐、其他微量含有的各种金属离子(Na+、K+、Mg2+)等。这样,也不能忽视与柔性导电材料接触的构件中所含有的杂质的影响。
根据本发明人的研究,确认了:当将交联前的柔性导电材料同样地涂布于交联前的介质膜并将柔性导电材料与介质膜交联为一体时,杂质更加容易地从柔性导电材料向介质膜移动。
在离子化后的杂质在介质膜中移动时,介质膜的电阻变小。由此,在施加了电压时,电流较易在介质膜中流动(所谓的泄漏电流变大)。因此,电荷不易蓄积在介质膜与电极的界面,导致消耗电力增加。另外,若电流在介质膜中流动,则产生焦耳热。在产生的热的作用下,介质膜的物性可能会发生变化。进而,介质膜容易被破坏。即,介质膜的耐介质击穿性降低。当介质膜的耐介质击穿性降低时,例如,在致动器中,无法施加较大的电压。因而,不能获得充分的力和位移量。
另外,除了致动器之外,在隔着介质膜配置有电极的传感器、发电元件等中也存在杂质移动的问题。进而,在由包含弹性体的柔性导电材料在弹性体等弹性基材的表面形成了布线等的情况下,也存在杂质移动的问题。即,由于杂质从柔性导电材料移动至弹性基材,使得弹性基材的电阻降低,可能会产生所谓的泄漏电流。
发明内容
本发明是鉴于这样的实情而提出的,其课题在于提供:向介质膜等被粘物移动的杂质较少的柔性导电材料。本发明的另一课题在于提供:通过由该柔性导电材料形成电极、布线,从而提供泄漏电流较小、耐久性优异的换能器、挠性电路板。本发明的再一课题在于提供:通过使用该柔性导电材料,从而提供泄漏电流较小的电磁波屏蔽体。
(1)为了解决上述课题,本发明的柔性导电材料的特征在于,其包括弹性体、充填于该弹性体中的导电剂、固定于该弹性体中且能够吸附离子性物质的吸附剂。
在本发明的柔性导电材料中混合有吸附剂。吸附剂能够吸附离子性物质。即,吸附剂能够吸附弹性体中的离子化后的杂质。并且,吸附剂固定于弹性体中。因此,被吸附剂吸附的杂质蓄积在弹性体中,而不从弹性体向外部(与柔性导电材料接触的其他构件)移动。此处,吸附剂只要不从弹性体的交联结构(聚合物网络)中向外部移动即可。因此,吸附剂与弹性体既可以进行化学键合,也可以不进行化学键合。
这样,采用本发明的柔性导电材料,离子化后的杂质不易向与柔性导电材料接触的其他构件移动。另外,即使离子化后的杂质从与本发明的柔性导电材料接触的其他构件发生了移动,也能够抑制该杂质再次向其他构件移动。因此,在由本发明的柔性导电材料形成电极并构成了上述致动器等换能器的情况下,从电极向介质膜移动的杂质较少。由此,介质膜的电阻不易降低。即,施加有电压时,电流不易在介质膜中流动。因此,能够使消耗电力降低并在介质膜与电极的界面蓄积很多的电荷。另外,由于电流不易在介质膜中流动,从而焦耳热的产生得以抑制。因此,因热导致的介质膜的物性发生变化或者介质膜被破坏的可能性较小。这样,采用本发明的柔性导电材料,能够实现不易限制介质膜的变形,且向介质膜移动的杂质较少的电极、布线。
(2)本发明的换能器的特征在于,其具有弹性体制的介质膜、隔着该介质膜配置的多个电极、以及分别与多个该电极相连接的布线,该电极及该布线中的至少一个由上述本发明的柔性导电材料构成。
换能器是用于将某种能量转换为其他种类的能量的装置。在换能器中,例如包括进行机械能与电能的转换的致动器、传感器、发电元件等,或者进行声能与电能的转换的扬声器、麦克风等。
采用本发明的换能器,电极及布线中的至少一个(以下,为了方便,称为“电极等”)由上述本发明的柔性导电材料形成。因此,当介质膜变形时,电极等追随该变形而伸缩。因此,不易影响介质膜的动作。另外,从电极等向介质膜移动的杂质较少。因此,介质膜的电阻降低的可能性较小。因此,在施加有电压时,电流不易在介质膜中流动。即,因热导致介质膜的物性发生变化或介质膜被破坏的可能性较小。因此,本发明的换能器的耐久性优异。另外,在将本发明的换能器用作了致动器的情况下,能够对介质膜施加较大的电压。因此,通过增大施加电压,能够产生更大的力。
(3)另外,本发明的挠性电路板的特征在于,其包括弹性基材与配置于该弹性基材表面的布线,该布线的至少一部分由上述本发明的柔性导电材料构成。
采用本发明的挠性电路板,布线追随弹性基材的变形而伸缩。因此,本发明的挠性电路板适合于可动零件、复杂形状的零件的布线。并且,从布线向弹性基材移动的杂质较少。因此,弹性基材的电阻降低、电流流过弹性基材的可能性较小。由此,误操作得以抑制。另外,因焦耳热而导致弹性基材的物性变化或者弹性基材被破坏的可能性也较小。因此,本发明的挠性电路板的耐久性优异。
(4)本发明的电磁波屏蔽体的特征在于,其由上述本发明的柔性导电材料形成。
本发明的柔性导电材料能够由将橡胶聚合物等原料溶解于预定的溶剂而得到的涂料来制造。或者,能够由混炼后的原料成形为各种形状而制造。由此,本发明的柔性导电材料作为电磁波屏蔽体容易配置于欲屏蔽电磁波的各个部位。并且,采用本发明的电磁波屏蔽体,电磁波屏蔽体(柔性导电材料)中的杂质不易向与该电磁波屏蔽体接触的构件移动。由此,因接触的构件的电阻降低而产生泄漏电流的可能性较小。因此,因焦耳热导致接触部件的物性发生变化或者该部件被破坏的可能性较小。
附图说明
图1为作为本发明的换能器的第1实施方式的致动器的剖面示意图,其中,图1的(a)表示电压断开状态、图1的(b)表示电压接通状态。
图2为作为本发明的换能器的第2实施方式的静电电容型传感器的俯视图。
图3为图2的III‑III剖视图。
图4为作为本发明的换能器的第3实施方式的发电元件的剖面示意图,其中,图4的(a)表示伸长时,图4的(b)表示收缩时。
图5为作为本发明的换能器的第4实施方式的扬声器的立体图。
图6为图5的VI‑VI剖视图。
图7为本发明的挠性电路板的俯视透视图。
图8为安装到测量装置上的试验用第1元件的表侧主视图。
图9为图8的IX‑IX剖视图。
图10为安装到试验装置上的试验用第2元件的剖视图。
图11为作为本发明的换能器的第5实施方式的致动器的剖面示意图。
附图标记说明
1:致动器(换能器);10:介质膜;11a、11b:电极;12a、12b:布线;13:电源;14a、14b:电极;140a、140b:内侧导电层;141a、141b:外侧导电层;
2:静电电容型传感器(换能器);20:介质膜;21a、21b:电极;22a、22b:布线;23a、23b:覆膜;24:连接器;
3:发电元件(换能器);30:介质膜;31a、31b:电极;32a~32c:布线;
4:扬声器(换能器);40a:第1外框;40b:第2外框;41a:第1内框;41b:第2内框;42a:第1介质膜;42b:第2介质膜;43a:第1外电极;43b:第2外电极;44a:第1内电极;44b:第2内电极;45a:第1振动板;45b:第2振动板;430a、430b、440a、440b:端子;460:螺栓;461:螺母;462:间隔物;
5A:试验用第1元件;5B:试验用第2元件;50:介质膜;51a、51b:电极;52:上侧夹头;53:下侧夹头;54a、54b:内侧电极;55a、55b:外侧电极;
6:挠性电路板;60:弹性基板;61:表侧布线用连接器;62:背侧布线用连接器;01X~16X:表侧电极;01Y~16Y:背侧电极;01x~16x:表侧布线;01y~16y:背侧布线。
具体实施方式
以下,说明本发明的柔性导电材料、换能器、挠性电路板、电磁波屏蔽体的各实施方式。另外,本发明的柔性导电材料、换能器、挠性电路板、电磁波屏蔽体不限定于以下实施方式,在不脱离本发明的主旨的范围内,本领域的技术人员能够以施加了可做到的改变、改良等的各种方式来实施本发明。
<柔性导电材料>
本发明的柔性导电材料具有弹性体、导电剂、吸附剂。弹性体的种类并没有特别限定。在用作具有弹性体制的介质膜的换能器的电极、布线的情况下,从柔软且易伸缩的观点考虑,优选使用弹性率为10MPa以下的弹性体。例如,可列举出:硅橡胶、乙烯‑丙烯共聚物橡胶、天然橡胶、苯乙烯‑丁二烯共聚物橡胶、丁腈橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(H‑NBR)、丙烯酸酯橡胶、氯醇橡胶、氯磺化聚乙烯、氯化聚乙烯、聚氨酯橡胶、聚氨酯系的热塑性弹性体等。另外,如环氧化天然橡胶、羧基改性氢化腈橡胶等那样,也可以使用通过导入官能团等来改性而得到的弹性体。作为弹性体,能够单独使用一种,或者混合两种以上而使用。
并且,当吸附剂与弹性体化学键合时,能够将吸附剂切实地固定于弹性体中。因此,作为弹性体,优选使用具有与吸附剂能够反应的官能团、结构的弹性体。例如,在将具有巯基的化合物用作吸附剂的情况下,优选使用具有与巯基或者该化合物中的其他的官能团能够反应的官能团、结构的弹性体。例如,可列举出:具有环氧基、异氰酸酯(isocyanate)基、有机硅烷化合物等的弹性体,含有氯原子、溴原子的弹性体(氯醇橡胶、氯丁二烯橡胶、氯化聚烯烃等)、具有碳‑碳双键(C=C)的弹性体等。
导电剂的种类没有特别限定。可从下列物质中适当选择:即炭黑、碳纳米管、石墨等碳材料,银、金、铜、镍、铑、钯、铬、钛、铂、铁以及它们的合金等金属材料,氧化铟锡(ITO)、氧化钛、氧化锌中掺杂了铝、锑等其它金属而成的物质等导电性氧化物。导电剂可单独使用一种,也可混合两种以上而使用。例如,从与作为母材的弹性体的密接性高、容易聚集而形成导通路径的观点考虑,优选炭黑。其中优选科琴黑(Ketjen Black)等高导电性炭黑、或如活性炭、介孔碳(Mesoporous Carbon)等那样具有细孔且对杂质的吸附力较高的物质。
另外,也可使用由金属包覆颗粒表面而赋予了导电性的包覆颗粒。相比较于金属单一成分的颗粒而言,包覆颗粒的比重小。因此,在涂料化时不易沉降,分散性提高。另外,可通过加工颗粒而容易地制造各种各样的形状的包覆颗粒。作为用于包覆的金属,可使用先前列举的金属材料。另外,颗粒可使用石墨、炭黑等碳材料,碳酸钙、二氧化钛、氧化铝、钛酸钡等金属氧化物,二氧化硅等无机物,丙烯酸、聚氨酯等树脂等。
导电剂的混合量按照可获得所希望的电极、布线的导电性的方式确定即可。例如,从确保电极的导电性这样的观点考虑,柔性导电材料的体积为100vol%时,导电剂的混合量优选为0.1vol%以上。更优选为1vol%以上。另一方面,如果导电剂的混合量变多那么柔软性降低。由此,柔性导电材料的体积为100vol%时,导电剂的混合量优选为35vol%以下。更优选为15vol%以下。
吸附剂只要能够吸附离子型物质且能够固定于弹性体中即可。作为吸附剂,例如,能够使用具有细孔且能够吸附杂质等的物质等,该具有细孔的物质包括:具有巯基的化合物、离子交换聚合物、二氧化硅和氧化铝等氧化物、沸石、活性炭、介孔碳等。并且,作为具有阳离子交换能力的物质,也能够使用水滑石等层状双氢氧化物、蒙脱石等粘土矿物、层状氧化钛、层状硅酸盐、及麦羟硅钠石(magadiite)、水羟硅钠石(kenyaite)、马水硅钠石(makatite)、水硅钠石(kanemite)、伊利石(ilerite)等层状聚硅酸盐等。其中优选具有巯基的化合物、离子交换聚合物、二氧化硅、活性炭、介孔碳。可以从这些中选择一种单独使用,也可混合两种以上而使用。
作为具有巯基的化合物,其优选具有三嗪(triazine)骨架。三嗪环具有∏共轭体系。因此,例如,在巯基已键合于2、4、6位的情况下,酸性提高,杂质的吸附力、与杂质的反应性提高。例如,可列举出:三聚硫氰酸(TMT:trimercaptotriazine)、4,6‑二氨基(diamino)‑1,3,5‑三嗪‑2‑硫醇(thiol)、4‑氨基(amino)‑1,3,5‑三嗪‑2‑硫醇(thiol)、2‑氨基(amino)‑1,3,5‑三嗪‑4,6‑二硫醇(dithiol)等。并且,也可以为使硅胶承载TMT而形成的物质(Si‑TMT)等。当将TMT承载于硅胶时,即使在使用了与TMT不发生化学键合的弹性体的情况下,也能够通过将硅胶固定于弹性体中来将TMT固定于弹性体中。
离子交换聚合物只要为具有能够进行离子交换的官能团的聚合物即可。例如,可列举出具有阳离子交换能力的磺酸基、羧基的弹性体。另外,可列举出具有阴离子交换能力的伯氨基、仲氨基、叔氨基的弹性体。这些弹性体在主链或侧链上具有官能团。弹性体的种类没有特别限定,但是,优选为不使柔性导电材料的柔软性受损的弹性体。
另外,作为离子交换聚合物,能够使用离子交换树脂。该情况下,只要从公知的阳离子交换树脂、阴离子交换树脂中适当选择即可。在阳离子交换树脂中,存在交换基为磺基(sulfo)的强酸性阳离子交换树脂、交换基为羧基的弱酸性阳离子交换树脂。考虑吸附弹性体中的离子时释放的离子种类而优选使用H型阳离子交换树脂。在阴离子交换树脂中,存在交换基为季铵基的强碱性阴离子交换树脂、交换基为伯氨基、仲氨基、叔氨基的弱碱性阴离子交换树脂。在阴离子交换树脂为强碱性阴离子交换树脂的情况下,考虑吸附弹性体中的离子时释放的离子种类而优选使用OH型阴离子交换树脂。
离子交换聚合物的粒径只要考虑由柔性导电材料形成的电极等的膜厚来进行适当调整即可。例如,能够取得的离子交换树脂的粒径为数百μm,在要形成5μm~50μm左右的膜厚的电极的情况下,只要通过在干式粉碎、冷冻粉碎之后过筛等方法使该离子交换树脂的粒径变成几μm~数十μm即可。另外,在离子交换树脂发生了膨润的情况下,优选使离子交换树脂干燥后使用。
并且,也可以通过使用比离子交换树脂柔软的聚合物来调整柔性导电材料的物性。作为柔软的聚合物,可列举出:玻璃化转变温度(Tg)为常温以下的丙烯酸聚合物、聚氨酯聚合物、聚醚、聚二烯(异戊二烯(isoprene)、丁二烯(butadiene)等)、以上述物质的共聚物等为主链的聚合物。
在二氧化硅中,有时因制造方法而残存源自原料的钠。若钠的残存量较多,则存在被离子化而变成杂质的可能。此处,钠的残存量与二氧化硅的pH值有关。即,若钠的残存量较多,则存在二氧化硅的pH值变大的倾向。因此,在使用二氧化硅的情况下,优选尽量选择pH值较小的二氧化硅。例如,pH值可为10.5以下。优选pH值为8.5以下,更优选为6.5以下。在本说明书中,作为二氧化硅的pH值,采用由下面的测量方法测量而得到值。首先,使二氧化硅分散于水中,制备了二氧化硅浓度为4质量%的分散液。其次,充分地搅拌分散液,利用pH仪测量分散液的pH值。
活性炭、介孔碳具有导电性。由此,活性炭、介孔碳不仅作为吸附剂,还作为导电剂发挥功能。因此,在混合作为吸附剂的活性炭、介孔碳中的至少一种的情况下,可不混合作为导电剂的其他材料。但是,当欲通过仅混合活性炭、介孔碳来获得希望的导电性时,需要使活性炭、介孔碳的混合量较多。相对于100质量份弹性体,活性炭、介孔碳的混合量优选为20质量份以上且50质量份以下。当活性炭、介孔碳的混合量较多时,柔性导电材料的柔软性降低。因此,从兼顾导电性和柔软性的观点考虑,优选即使在混合活性炭和介孔碳中的至少一种的情况下,也混合作为导电剂的其他材料。
吸附剂的混合量只要根据使用的化合物的种类来适当调整即可。若吸附剂的混合量过少,则不能充分地获得对离子物质的吸附效果。相反地,若吸附剂的混合量过多,则存在柔性导电材料变硬而使电极、布线所要求的柔软性受损的可能。例如,在单独使用TMT的情况下,相对于100质量份弹性体,TMT的混合量优选为0.5质量份以上且20质量份以下。并且,在单独使用H型阳离子交换树脂或OH型阴离子交换树脂的情况下,相对于100质量份弹性体,H型阳离子交换树脂或OH型阴离子交换树脂的混合量优选为1质量份以上且30质量份以下。另外,在单独使用二氧化硅的情况下,相对于100质量份弹性体,二氧化硅的混合量优选为3质量份以上且20质量份以下。此外,在将活性炭和介孔碳中的至少一种单独用作吸附剂的情况下,相对于100质量份弹性体,活性炭和介孔碳中的至少一种的混合量优选为1质量份以上且20质量份以下。
本发明的柔性导电材料能够通过将作为弹性体原料的橡胶聚合物、导电剂、及含有吸附剂的橡胶组合物交联来制造。也可以根据需要在橡胶组合物中混合交联剂、硫化促进剂、加工助剂、增塑剂、抗氧化剂、增强剂、着色剂等添加剂。通过进行交联来赋予橡胶弹性,从而提高与伸缩相对应的恢复性。交联方法能够根据橡胶聚合物的种类等来适当确定。例如,可列举出:硫化交联、过氧化物交联、异氰酸酯(isocyanate)交联、氢化硅烷化交联、环氧交联、电子束(EV)交联、紫外线(UV)交联等。此外,也可以利用有机金属化合物的溶胶凝胶反应。
例如,在要利用辊、混炼机混炼橡胶聚合物等原料以制备橡胶组合物的情况下,只要将制备后的橡胶组合物充填到模具中并在预定的条件下对该橡胶组合物进行挤压交联即可。或者,在要将橡胶聚合物等原料溶解于预定的溶剂中以制备橡胶组合物的情况下,只要如述那样进行交联即可。首先,将制备后的橡胶组合物涂布在基材等上。其次,使涂膜干燥,并使溶剂挥发。然后,与涂膜的干燥一起进行交联反应,或者在另行规定的条件下进行交联反应。无论在上述哪种情况下,若预先混合橡胶聚合物与导电剂,则导电剂的分散性提高。
<换能器>
本发明的换能器包括弹性体制的介质膜、隔着该介质膜配置的多个电极、分别与多个该电极相连接的布线。作为介质膜,优选使用相对介电常数高的弹性体。具体优选为常温时的相对介电常数(100Hz)为2以上的弹性体,进一步优选为5以上的弹性体。例如可采用具有酯基、羧基、羟基、卤素基团、酰胺基、磺酸基、氨基甲酸酯基、腈基等极性官能团的弹性体,或者可采用添加了具有这些极性官能团的极性低分子量化合物的弹性体。作为适当的弹性体,可列举出:硅橡胶、丁腈橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(H‑NBR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶、氯醇橡胶、氯磺化聚乙烯、氯化聚乙烯等。
介质膜的厚度根据换能器的用途等来适当确定即可。例如,在致动器的情况下,从小型化、低电位驱动化、以及增大位移量等观点考虑,介质膜的厚度较薄是优选的。在此情况下,也考虑介质击穿性等而优选将介质膜的厚度设为1μm以上且1000μm(1mm)以下。更优选的范围为5μm以上且200μm以下。
电极和布线中的至少一个由上述本发明的柔性导电材料形成。对于本发明的柔性导电材料的结构和制造方法,在上文进行了说明。因此,此处省略说明。并且,在本发明的换能器中,也优选采用上述本发明的柔性导电材料的优选的方式。
电极和布线也可以由材质不同的两层以上的导电层形成。该情况下,优选由本发明的柔性导电材料形成与介电层接触的导电层。例如,在本发明的换能器中,优选的方式为:电极具有层叠着的多个导电层,在多个该导电层中,内侧导电层与介质膜接触,至少内侧导电层由本发明的柔性导电材料构成。
另外,从换能器的小型化以及尽可能减小对于介质膜的变形的影响这样的观点考虑,优选使电极和布线的厚度较薄。例如,优选将电极和布线的厚度设为0.4μm以上且1000μm以下。更优选为5μm以上且50μm以下。以下,作为本发明的换能器的实例,对致动器、静电电容型传感器、发电元件、及扬声器的实施方式进行说明。
第1实施方式
作为本发明的换能器的第1实例,说明致动器的实施方式。图1表示本实施方式的致动器的剖面示意图,其中,图1的(a)表示电压断开状态、图1的(b)表示电压接通状态。
如图1所示,致动器1具备介质膜10、电极11a、11b、布线12a、12b。介质膜10为H‑NBR(氢化丁腈橡胶)制。电极11a按照覆盖介质膜10的上表面的大致全体的方式配置。同样地,电极11b按照覆盖介质膜10的下表面的大致全体的方式配置。电极11a、11b各自介由布线12a、12b而连接于电源13。电极11a、11b均由本发明的柔性导电材料构成。
在从断开状态切换到接通状态时,对一对电极11a、11b间施加电压。由于施加电压,介质膜10的厚度变薄,相应地,如图1(b)中空心箭头所示那样,介质膜在平行于电极11a、11b表面的方向伸长。由此,致动器1输出图中上下方向以及左右方向的驱动力。
采用本实施方式,电极11a、11b柔软且可伸缩。由此,电极11a、11b能够追随介质膜10的变形而伸缩。即,介质膜10的动作不易受电极11a、11b影响。另外,采用本实施方式,离子化后的杂质不易从电极11a、11b向介质膜10移动。由此介质膜10的电阻不易降低。即,在施加有电压时,电流不易在介质膜10中流动。因此,通过施加电压,能够在介质膜10与电极11a、11b的界面蓄积很多的电荷。另外,电流不易在介质膜10中流动,因此焦耳热的产生得以抑制。因此,因热导致的介质膜10的物性变化或者介质膜10被破坏的可能性较小。因而,致动器1的耐久性优异。此外,采用致动器1,能够施加更大的电压。其结果,能够产生更大的力。
另外,作为致动器的其他的实施方式,可以列举出由层叠着的多个导电层形成电极的实施方式。以下,示出了由两层导电层形成了电极的实施方式。将本实施方式作为本发明的换能器的第5实施方式。图11表示本实施方式的致动器的剖面示意图(电压断开状态)。在图11中,对于与图1(a)相对应的部位,用相同的附图标记进行表示。
如图11所示,致动器1具备介质膜10、电极14a、14b、布线12a、12b。电极14a配置于介质膜10的上表面。电极14b以隔着介质膜10与电极14a对置的方式设于介质膜10的下表面。电极14a具有内侧导电层140a与外侧导电层141a。内侧导电层140a按照覆盖介质膜10的上表面的大致全体的方式配置。内侧导电层140a由含有吸附剂的本发明的柔性导电材料形成。外侧导电层141a层叠于内侧导电层140a的上表面。外侧导电层141a由在弹性体中混合银粉末而得到的柔性导电材料(能够根据需要混合硫化促进剂等容易离子化的物质,但是,没有混合吸附剂)形成。外侧导电层141a与布线12a连接。布线12a与电源13连接。
同样地,电极14b具有内侧导电层140b与外侧导电层141b。内侧导电层140b按照覆盖介质膜10的下表面的大致全体的方式配置。内侧导电层140b由含有吸附剂的本发明的柔性导电材料形成。外侧导电层141b层叠于内侧导电层140b的下表面。外侧导电层141b由在弹性体中混合银粉末而得到的柔性导电材料(能够根据需要混合硫化促进剂等容易离子化的物质,但是,没有混合吸附剂)形成。外侧导电层141b与布线12b连接。布线12b与电源13连接。
在本实施方式中,与介质膜10接触的内侧导电层140a、140b均由本发明的柔性导电材料形成。因此,离子化后的杂质不易从电极14a、14b向介质膜10移动。
第2实施方式
作为本发明的换能器的第2实例,说明静电电容型传感器的实施方式。首先,说明本实施方式的静电电容型传感器的结构。图2表示静电电容型传感器的俯视图。图3表示图2的III‑III剖视图。如图2、图3所示,静电电容型传感器2具有介质膜20、一对电极21a、21b、布线22a、22b、覆膜23a、23b。
介质膜20为H‑NBR(氢化丁腈橡胶)制,其呈沿左右方向延伸的带状。介质膜20的厚度为约300μm。
电极21a呈长方形状。在介质膜20的上表面通过丝网印刷而形成有三个电极21a。同样地,电极21b呈长方形状。在介质膜20的下表面,按照隔着介质膜20与电极21a对置的方式形成有三个电极21b。电极21b丝网印刷于介质膜20的下表面。这样,夹着介质膜20配置有三对电极21a、21b。电极21a、21b由本发明的柔性导电材料形成。
布线22a分别与形成于介质膜20的上表面的各个电极21a连接。通过布线22a将电极21a与连接器24连接。布线22a通过丝网印刷形成于介质膜20的上表面。同样地,布线22b分别与形成于介质膜20的下表面的各个电极21b连接(图2中虚线所示)。通过布线22b将电极21b与连接器(图略)连接。布线22b通过丝网印刷形成于介质膜20的下表面。布线22a、22b由本发明的柔性导电材料形成。
覆膜23a为丙烯酸酯橡胶制,并且呈沿左右方向延伸的带状。覆膜23a覆盖介质膜20、电极21a、布线22a的上表面。同样地,覆膜23b为丙烯酸酯橡胶制,并且呈沿左右方向延伸的带状。覆膜23b覆盖介质膜20、电极21b、布线22b的下表面。
其次,对静电电容型传感器2的动作进行说明。例如,如果从上方按压静电电容型传感器2,那么介质膜20、电极21a、覆膜23a一体地向下方弯曲。通过压缩,使介质膜20的厚度变小。其结果,电极21a、21b间的电容变大。根据此电容变化,检测因压缩而导致的变形。
其次,对本实施方式的静电电容型传感器2的作用效果进行说明。采用本实施方式,介质膜20、电极21a、21b、布线22a、22b、覆膜23a、23b均由弹性体材料构成。由此,静电电容型传感器2的整体柔软,可伸缩。另外,电极21a、21b以及布线22a、22b能够追随介质膜20的变形而变形。
另外,采用本实施方式,离子化后的杂质不易从电极21a、21b和布线22a、22b向介质膜20移动。由此,介质膜20的电阻不易降低。由于电流不易在介质膜20中流动,因此检测精度降低的可能性较小。另外,由于电流不易在介质膜20中流动,因此焦耳热的产生得以抑制。因此,因热导致的介质膜20的物性变化或者介质膜20被破坏的可能性较小。这样,静电电容型传感器2的耐久性优异。此外,本实施方式的静电电容型传感器2中形成有三对隔着介质膜20对置的电极21a、21b。其中,电极的数目、尺寸、配置等根据用途适当确定即可。
第3实施方式
作为本发明的换能器的第3实例,说明发电元件的实施方式。图4表示本实施方式的发电元件的剖面示意图,其中,图4的(a)表示伸长时,图4(b)表示收缩时。
如图4所示,发电元件3具备介质膜30、电极31a、31b、布线32a~32c。介质膜30为H‑NBR制(氢化丁腈橡胶)。电极31a按照覆盖介质膜30的上表面的大致全体的方式配置。同样地,电极31b按照覆盖介质膜30的下表面的大致全体的方式配置。在电极31a上连接着布线32a、32b。即,电极31a介由布线32a与外部负载(图略)连接。另外,电极31a介由布线32b与电源(图略)连接。电极31b通过布线32c而接地。电极31a、31b均由本发明的柔性导电材料形成。
如图4(a)中的空心箭头所示,如果压缩发电元件3,并使介质膜30在平行于电极31a、31b表面的方向伸长,那么介质膜30的膜厚变薄,在电极31a、31b间蓄积电荷。其后,如果去除压缩力,那么如图4(b)所示,在介质膜30的弹性恢复力的作用下介质膜30收缩,膜厚变厚。此时,所蓄积的电荷经过布线32a而被释放。
采用本实施方式,电极31a、31b柔软且可伸缩。由此,电极31a、31b能够追随介质膜30的变形而伸缩。即,介质膜30的动作不易受电极31a、31b影响。另外,采用本实施方式,离子化后的杂质不易从电极31a、31b向介质膜30移动。由此,介质膜30的电阻不易降低。即,压缩时,电流不易在介质膜30中流动。因此,即使在压缩量较大的情况下,也能够在介质膜30与电极31a、31b的界面蓄积很多的电荷。即,采用发电元件3,能够获得较大的发电量。此外,因焦耳热导致的介质膜30的物性变化或者介质膜30被破坏的可能性较小。这样,发电元件3的耐久性优异。
第4实施方式
作为本发明的换能器的第4实例,说明扬声器的实施方式。首先,说明本实施方式的扬声器的结构。图5表示本实施方式的扬声器的立体图。图6表示图5的VI‑VI剖视图。如图5、图6所示,扬声器4具有第1外框40a、第1内框41a、第1介质膜42a、第1外电极43a、第1内电极44a、第1振动板45a、第2外框40b、第2内框41b、第2介质膜42b、第2外电极43b、第2内电极44b、第2振动板45b、8个螺栓460、8个螺母461、以及8个间隔物462。
第1外框40a、第1内框41a分别为树脂制且呈环状。第1介质膜42a为H‑NBR(氢化丁腈橡胶)制且呈圆形的薄膜状。第1介质膜42a张架于第1外框40a与第1内框41a之间。即,第1介质膜42a在确保预定的张力的状态下受到表侧的第1外框40a与背侧的第1内框41a的夹持和固定。第1振动板45a为树脂制且呈圆板状。第1振动板45a的直径小于第1介质膜42a的直径。第1振动板45a配置于第1介质膜42a的表面的大致中央。
第1外电极43a呈环状。第1外电极43a贴附于第1介质膜42a的表面。第1内电极44a也呈环状。第1内电极44a贴附于第1介质膜42a的背面。第1外电极43a与第1内电极44a以夹着第1介质膜42a的方式在表里方向上反向设置。第1外电极43a与第1内电极44a均由本发明的柔性导电材料构成。另外,如图6所示,第1外电极43a具有端子430a。第1内电极44a具有端子440a。在端子430a、440a上施加有来自外部的电压。
第2外框40b、第2内框41b、第2介质膜42b、第2外电极43b、第2内电极44b、第2振动板45b(以下,总称为“第2构件”)的结构、材质、形状与上述第1外框40a、第1内框41a、第1介质膜42a、第1外电极43a、第1内电极44a、第1振动板45a(以下,总称为“第1构件”)的结构、材质、形状相同。并且,第2构件的配置与上述第1构件的配置在表里方向上对称。简单地说明时,第2介质膜42b为H‑NBR(氢化丁腈橡胶)制,且张架于第2外框40b与第2内框41b之间。第2振动板45b配置于第2介质膜42b的表面的大致中央。第2外电极43b印刷于第2介质膜42b的表面。第2内电极44b印刷于第2介质膜42b的背面。第2外电极43b与第2内电极44b均由本发明的柔性导电材料形成。第2外电极43b的端子430b、第2内电极44的端子440b施加有来自外部的电压。
第1构件与第2构件被8个螺栓460、8个螺母461隔着8个间隔物462固定。“螺栓460‑螺母461‑间隔物462”的安装以在扬声器4的周向上分别相距预定间隔的方式配置。螺栓460从第1外框40a的表面贯穿到第2外框40b的表面。螺母461旋装于螺栓460贯穿端。间隔物462为树脂制且以环状安装于螺栓460的轴部。间隔物462用于在第1内框41a与第2内框41b之间确保预定的间隔。使第1介质膜42a的中央部背面(配置有第1振动板45a的部分的背侧)与第2介质膜42b的中央部背面(配置有第2振动板45b的部分的背侧)相接合。由此,在第1介质膜42a上,朝图6的空心箭头Y1a所示的方向蓄积作用力。并且,在第2介质膜42b上,朝图6的空心箭头Y1b所示的方向蓄积作用力。
下面,说明本实施方式的扬声器的动作。在初始状态(偏置状态)下,介由端子430a、440a与端子430b、440b对第1外电极43a和第1内电极44a与第2外电极43b和第2内电极44b施加预定的电压(偏置电压)。在扬声器4动作时,对端子430a、440a与端子430b、440b施加反相的电压。例如,当对端子430a、440a施加+1V的偏置电压时,第1介质膜42a之中、配置于第1外电极43a和第1内电极44a之间的部分的膜厚变薄。并且,该部分沿径向伸长。与此同时,对端子430b、440b施加反相的电压(‑1V的偏置电压)。于是,第2介质膜42b之中、配置于第2外电极43b和第2内电极44b之间的部分的膜厚变厚。并且,该部分沿径向收缩。由此,第2介质膜42b一边拉伸第1介质膜42a,一边因本身的作用力而朝图6的空心箭头Y1b所示的方向弹性变形。相反地,当对端子430b、440b施加+1V的偏置电压、对端子430a、440a施加反相的电压(‑1V的偏置电压)时,第1介质膜42a一边拉伸第2介质膜42b,一边因本身的作用力而朝图6的空心箭头Y1a所示的方向弹性变形。这样,通过使第1振动板45a、第2振动板45b振动来使空气振动并产生声音。
接着,说明本实施方式的扬声器4的作用效果。采用本实施方式,第1外电极43a、第1内电极44a、第2外电极43b、以及第2内电极44b(以下,适当地称作“电极43a、44a、43b、44b”)柔软且可伸缩。由此,第1外电极43a、第1内电极44a能够追随第1介质膜42a的变形而伸缩。同样地,第2外电极43b和第2内电极44b能够追随第2介质膜42b的变形而伸缩。即,第1介质膜42a、第2介质膜42b的动作不易受电极43a、44a、43b、44b影响。
另外,采用本实施方式,离子化后的杂质不易从第1外电极43a、第1内电极44a向第1介质膜42a移动。同样地,离子化后的杂质不易从第2外电极43b、第2内电极44b向第2介质膜42b移动。由此,在施加有电压时,电流不易在第1介质膜42a和第2介质膜42b中流动。由此,因焦耳热导致的第1介质膜42a和第2介质膜42b的物性变化或者第1介质膜42a和第2介质膜42b被破坏的可能性较小。这样,扬声器4的耐久性优异。
挠性电路板
本发明的挠性电路板具有弹性基材、配置于该弹性基材的表面的布线。弹性基材的材质没有特别限定。例如,作为具有伸缩性的材料,可列举出:硅橡胶、乙烯‑丙烯共聚物橡胶、天然橡胶、苯乙烯‑丁二烯共聚物橡胶、丁腈橡胶(NBR)、丙烯酸酯橡胶、氯醇橡胶、氯磺化聚乙烯、氯化聚乙烯、聚氨酯橡胶、氟橡胶、氯丁二烯橡胶、异丁烯‑异戊二烯(isobutyleneisoprene)橡胶、各种热塑性弹性体等。
布线的至少一部分由本发明的柔性导电材料形成。关于本发明的柔性导电材料的结构及制造方法,在上文进行了说明。因此,此处省略说明。并且,在本发明的挠性电路板中,也优选采用上述本发明的柔性导电材料的优选的方式。布线也可以由材质不同的两层以上的导电层形成。该情况下,优选由本发明的柔性导电材料形成与弹性基材接触的导电层。以下,说明本发明的挠性电路板的实施方式。
首先,说明本实施方式的挠性电路板的结构。图7表示本实施方式的挠性电路板的俯视透视图。图7中以细线来表示背侧的电极、布线。如图7所示,挠性电路板6具备:弹性基材60、表侧电极01X~16X、背侧电极01Y~16Y、表侧布线01x~16x、背侧布线01y~16y、表侧布线用连接器61、背侧布线用连接器62。
弹性基材60为聚氨酯橡胶制,且呈片状。在弹性基材60的上表面配置有共16根表侧电极01X~16X。表侧电极01X~16X各自呈带状。表侧电极01X~16X各自沿X方向(左右方向)延伸。表侧电极01X~16X按照在Y方向(前后方向)彼此相距预定间隔、且相互大致平行的方式配置。同样地,在弹性基材60的下表面配置有共16根背侧电极01Y~16Y。背侧电极01Y~16Y各自呈带状。背侧电极01Y~16Y各自沿Y方向延伸。背侧电极01Y~16Y按照在X方向彼此相距预定间隔、且相互大致平行的方式配置。如图7的剖面线(hatching)所示,由表侧电极01X~16X与背侧电极01Y~16Y隔着弹性基材60而交叉的交叉部分(重叠的部分)形成用于检测载荷等的检测部。
在弹性基材60的上表面配置有共16根表侧布线01x~16x。表侧布线01x~16x各自呈线状。表侧布线01x~16x由本发明的柔性导电材料形成。表侧布线用连接器61配置于弹性基材60的左后角。表侧布线01x~16x各自将表侧电极01X~16X的左端与表侧布线用连接器61连接。另外,弹性基材60的上表面、表侧电极01X~16X、表侧布线01x~16x自上方被表侧覆膜(图略)覆盖。
在弹性基材60的下表面配置有共16根背侧布线01y~16y。背侧布线01y~16y各自呈线状。背侧布线01y~16y由本发明的柔性导电材料形成。背侧布线用连接器62配置于弹性基材60的左前角。背侧布线01y~16y各自将背侧电极01Y~16Y的前端与背侧布线用连接器62连接。另外,弹性基材60的下表面、背侧电极01Y~16Y、背侧布线01y~16y被背侧覆膜(图略)从下方覆盖。
表侧布线用连接器61、背侧布线用连接器62各自电连接着运算部(图略)。检测部处的阻抗被表侧布线01x~16x以及背侧布线01y~16y输入到运算部。基于此,测量表面压力分布。
接着,说明本实施方式的挠性电路板6的作用效果。采用本实施方式,表侧布线01x~16x以及背侧布线01y~16y均柔软且可伸缩。由此,表侧布线01x~16x以及背侧布线01y~16y能够追随弹性基材60的变形而变形。另外,采用本实施方式,离子化后的杂质不易从表侧布线01x~16x以及背侧布线01y~16y向弹性基材60移动。由此,弹性基材60的电阻降低、电流流过弹性基材60的可能性较小。由此,误操作得以抑制。另外,由于电流难以在弹性基材60中流动,因此,因焦耳热而导致弹性基材60被破坏的可能性较小。因而,挠性电路板6的耐久性优异。
<电磁波屏蔽体>
本发明的电磁波屏蔽体由本发明的柔性导电材料形成。电磁波屏蔽体可发挥如下作用:抑制电子设备内部产生的电磁波向外部泄漏、或使源自外部的电磁波难以侵入到内部。例如,在电子设备的壳体的内周表面配置电磁波屏蔽体的情况下,只要将由橡胶聚合物等原料溶解于预定的溶剂而得到的本发明的柔性导电材料的涂料涂布于电子设备的壳体的内周表面并使该涂料交联即可。另外,也可在作为上述换能器的第2实施方式而示出的静电电容型传感器中配置电磁波屏蔽体。例如,按照各自覆盖覆膜23a的上表面和覆膜23b的下表面的方式配置电磁波屏蔽体即可(参照前面的图2、图3)。在此情况下,只要将本发明的柔性导电材料的涂料涂布于覆膜23a的上表面以及覆膜23b的下表面并使该涂料交联即可。进而,在作为垫层配置在电子设备的间隙中的情况下,只要将本发明的柔性导电材料成型为所希望的形状后使用即可。
实施例
其次,通过列举实施例来更具体地说明本发明。
<柔性导电材料的制造>
[实施例1~8]
由下述的表1、表2所示的原料制造实施例1~8的柔性导电材料。首先,利用辊炼机混合了含环氧基的丙烯酸酯橡胶聚合物(ZEON(株)制“Nipol(日本注册商标)AR42W”)、硫化促进剂二甲基二硫代氨基甲酸锌(大内新兴化学(株)制“NOCCELER(日本注册商标)PZ”)、以及二甲基二硫代氨基甲酸铁(大内新兴化学(株)制“NOCCELERTTFE”)。接着,将获得的混合物溶解于甲乙酮(MEK)。接着,向此MEK溶液中添加导电剂(Lion(株)制“Ketjen Black(日本注册商标)EC‑600JD”),并用戴诺磨进行了搅拌。接着,通过向搅拌后的M EK溶液中添加预定的吸附剂并利用超声波均化器进行5分钟的处理来制备了橡胶组合物。其后,通过棒涂布法将制备的橡胶组合物涂布于基材上,形成了厚度大约20μm的涂膜。接着,使涂膜干燥后,以170℃加热30分钟,并进行了交联反应。这样,制造了实施例1~8的柔性导电材料。
[实施例9]
除了将导电剂变为银粉末(DOWA Electronics(株)制造的“FA‑D‑4”)这点以外,以与上述相同的方法制造了实施例9的柔性导电材料。
[实施例10]
将弹性体变成热塑性聚氨酯弹性体并制造了实施例10的柔性导电材料。首先,将热塑性聚氨酯弹性体(日本聚氨酯工业(株)制“NIPPOLAN(日本注册商标)5193”溶解于ME K溶液中。接着,向此ME K溶液中添加导电剂(Ketjen Black(同上)),并用戴诺磨进行了搅拌。接着,通过向搅拌后的M EK溶液中添加吸附剂(活性炭)并利用超声波均化器进行5分钟的处理来制备了橡胶组合物。其后,通过棒涂布法将制备的橡胶组合物涂布于基材上,形成了厚度大约20μm的涂膜。接着,使涂膜干燥后,以150℃加热30分钟并使其固化。这样,制造了实施例10的柔性导电材料。
[实施例12、13]
除了将作为吸附剂的、具有导电性的活性炭或介孔碳混合且没有混合导电剂Ketjen Black这点之外,以与实施例1~8的柔性导电材料相同的方法制造了实施例12、13的柔性导电材料。在实施例12、13的柔性导电材料中,作为吸附剂混合了的活性炭或介孔碳也发挥导电剂的作用。
[实施例14]
除了改变导电剂的银粉末的混合量且没有混合硫化促进剂这点之外,以与上述实施例9相同的方法制造了实施例14的柔性导电材料。
[比较例1]
除了没有混合吸附剂这点之外,以与实施例1~8的柔性导电材料相同的方法制造了比较例1的柔性导电材料。
[比较例2]
除了没有混合吸附剂这点之外,以与实施例9的柔性导电材料相同的方法制造了比较例2的柔性导电材料。
[比较例3]
除了没有混合吸附剂这点之外,以与实施例14的柔性导电材料相同的方法制造了比较例3的柔性导电材料。
<导电层叠体的制造>
[实施例11]
首先,通过棒涂布法将实施例7的柔性导电材料的制造过程中的交联前的橡胶组合物涂布于基材上,形成了厚度大约20μm的涂膜。其次,通过棒涂布法将比较例2的柔性导电材料的制造过程中的交联前的橡胶组合物涂布于形成后的涂膜的上表面,形成了厚度大约20μm的涂膜。然后,通过对层叠后的两层涂膜以170℃加热30分钟来使其硫化粘接。这样,制造了实施例11的导电层叠体。
表1、表2表示使用了的原料的种类和混合量。表1中,作为二氧化硅,使用了日本Aerosil(株)制造的干式二氧化硅“Aerosil(日本注册商标)380”(pH3.7~4.7,比表面积380m2/g)。并且,作为H型阳离子交换树脂,使用了DowChemical公司(陶氏化学公司)制造的“DOWEX(注册商标)50W×8200‑400”。表2中,作为活性炭,使用了可乐丽(株)制造的“YP‑50F”。另外,作为介孔碳,使用了ALDRICH公司制造的“Carbon,mesoporous,graphitized,nanopowder”。
表1

表2

对实施例和比较例的柔性导电材料以及实施例11的导电层叠体的拉伸特性、导电性、以及对被粘物的影响进行了评价。并且,也对实施例3和比较例1的柔性导电材料的交联性进行了评价。以下,对各个评价方法以及评价结果进行说明。
<评价方法>
[交联性]
测量了实施例3和比较例1的柔性导电材料的交联进行度。首先,将各由柔性导电材料制作的试验片1g浸没于MEK30g中。直接在室温下静置4小时,然后取出试验片使其干燥。然后测量干燥后的试验片的质量,算出了干燥后的质量(M EK不溶部分)占初始质量的比例。
[拉伸特性]
根据基于日本JIS K 7127(1999)的拉伸试验中应力‑伸长率曲线算出了实施例和比较例的柔性导电材料以及实施例11的导电层叠体的弹性率。试验片的形状为试验片类型2。另外,按照日本JIS K 6251(2004)来测量将相同的柔性导电材料和导电层叠体拉伸25%时的拉伸应力(M25)。试验片的形状使用了哑铃状5号形状。
[导电性]
按照日本JIS K 6271(2008)的平行端子电极法测量了实施例和比较例的柔性导电材料以及实施例11的导电层叠体的体积电阻率。在测量时,作为支承柔性导电材料等(试验片)的绝缘树脂制支承物,使用了市售的丁基橡胶片(TigersPolymer(株)制)。
[对被粘物的影响]
(1)试验用元件的制作
如下制作了被粘物的介质膜。首先,将含羧基的氢化腈橡胶(LANXESS公司制造“terbang(日本注册商标)XT8889”)溶解于乙酰丙酮中。接着,向该溶液中添加四(2‑乙基己基氧基)钛,并进行了混合。其后,通过棒涂布法将获得的混合溶液涂布于基材上,使其干燥,从而形成了厚度为18μm的涂膜。将该涂膜切成长度50mm、宽度25mm的长方形而制成了交联前介质膜。
另一方面,在柔性导电材料的上述制造过程中,将交联前的橡胶组合物的涂膜切成长度38mm、宽度25mm的长方形而制成了交联前电极。然后,将交联前电极在交联前介质膜的表里两面各配置一张,通过以170℃加热30分钟来使介质膜与电极硫化粘接。这样,制作了试验用第1元件。
此外,将实施例11的导电层叠体的制造过程中的两层的涂膜(实施例7的涂膜/比较例2的涂膜)切成长度38mm、宽度20mm的长方形而制成了交联前电极。然后,将交联前电极在交联前介质膜的表里两面各配置一张,通过以170℃加热30分钟来使介质膜与电极硫化粘接。交联前电极以使实施例7的涂膜与交联前介质膜接触的方式分别配置。这样,制作了试验用第2元件。
(2)泄漏电流的测量
将所制作的两种试验用元件分别设置于试验装置中,测量了施加有电压时流过介质膜(被粘物)的电流。首先,说明试验用第1元件中的泄漏电流的测量方法。图8表示安装在试验装置上的试验用第1元件的表侧主视图。图9表示图8的IX‑IX方向剖视图。
如图8、图9所示,试验用第1元件5A的上端被试验装置中的上侧夹头52夹持。试验用第1元件5A的下端被下侧夹头53夹持。试验用第1元件5A分别与上侧夹头52、下侧夹头53绝缘。试验用第1元件5A以预先沿上下方向拉伸的状态安装在上侧夹头52与下侧夹头53之间(拉伸率25%)。
试验用第1元件5A包含介质膜50和一对电极51a、51b。电极51a、51b按照隔着介质膜50并在表里方向对置的方式配置。电极51a、51b以在上下方向上偏移8mm的状态配置。也就是,电极51a、51b隔着介质膜50并以长度30mm、宽度20mm的范围重叠。电极51a的下端连接有布线(图略)。同样地,在电极51b的上端连接有布线(图略)。电极51a、51b介由各自的布线与电源(图略)连接。
如果对电极51a、51b间施加电压,那么在电极51a、51b间产生静电引力,从而压缩介质膜50。由此,介质膜50的厚度变薄,沿拉伸方向(上下方向)伸长。依次施加电场强度为10V/μm、20V/μm、30V/μm的直流电压,测量了流过电极51a、51b间的电流值。
接着,说明试验用第2元件中的泄漏电流的测量方法。图10表示安装在试验装置上的试验用第2元件的剖视图。图10与图9相对应。因此,在图10中,对于与图9相对应的构件,用相同附图标记表示。
如图10所示,试验用第2元件5B的上端被试验装置中的上侧夹头52夹持。试验用第2元件5B的下端被下侧夹头53夹持。试验用第2元件5B分别与上侧夹头52、下侧夹头53绝缘。试验用第2元件5B以预先沿上下方向拉伸的状态安装在上侧夹头52与下侧夹头53之间(拉伸率25%)。
试验用第2元件5B包含介质膜50、一对内侧电极54a、54b和一对外侧电极55a、55b。内侧电极54a、54b由实施例7的柔性导电材料形成。内侧电极54a、54b按照隔着介质膜50并在表里方向对置的方式配置。内侧电极54a、54b以在上下方向上偏移8mm的状态配置。也就是,内侧电极54a、54b隔着介质膜50并以长度30mm、宽度20mm的范围重叠。外侧电极55a、55b由比较例2的柔性导电材料形成。外侧电极55a层叠于内侧电极54a的表面。外侧电极55b层叠于内侧电极55b的背面。外侧电极55a的下端连接有布线(图略)。同样地,在外侧电极55b的上端连接有布线(图略)。外侧电极55a、55b介由各自的布线与电源(图略)连接。依次对外侧电极55a、55b施加电场强度为10V/μm、20V/μm、30V/μm的直流电压,测量了流过外侧电极55a、55b间的电流值。
并且,将试验用第1元件5A和试验用第2元件5B静置在温度40℃、湿度95%的环境下一个月。之后,利用上述各个测量方法施加电场强度为20V/μm的直流电压,测量了流过电极间的电流值。
<评价结果>
将评价结果汇总示于上述表1、表2。如表1所示,混合了三聚硫氰酸(TMT)的实施例3的柔性导电材料中的ME K不溶部分为接近100%的值。与没有混合过TMT的比较例1的柔性导电材料中的MEK不溶部分相比,该值很大。由此确认了:在混合了TMT的实施例3的柔性导电材料中,提高了交联密度。
如表1、表2所示,对于弹性率,随着吸附剂、导电剂的混合量的增加,弹性率变得较大。并且,实施例1、2、4、5、7、8、10、12、13的柔性导电材料与比较例1的柔性导电材料显示出了相同水平的高导电性,实施例9、14的柔性导电材料和实施例11的导电层叠体与比较例2的柔性导电材料显示出了相同水平的高导电性。
并且,根据试验用元件的通电试验的结果,在将比较例1的柔性导电材料制成了电极的情况下,泄漏电流较大,在电场强度为30V/μm时,介质膜发生了介质击穿。同样地,在将比较例2的柔性导电材料制成了电极的情况下,特别是在电场强度30V/μm时的泄漏电流变得较大。此外,在比较例3的柔性导电材料中,没有混合硫化促进剂。因此,在将比较例3的柔性导电材料制成了电极的情况下,与混合了硫化促进剂的其他的比较例相比,泄漏电流较小。但是,在将试验用元件静置于高湿环境下一个月后,其与其他的比较例相同,泄漏电流变得较大。可认为这是因为,随着时间的经过,离子化后的杂质从柔性导电材料移动到了介质膜。可认为:在没有混合硫化促进剂的比较例3的柔性导电材料中,导电剂中的银被离子化并移动到了介质膜。
与此相对,在将实施例的柔性导电材料制成了电极的情况下,泄漏电流变得较小。其中,在将使用了作为吸附剂的活性炭或介孔碳的实施例7~10、12、13的柔性导电材料制成了电极的情况下,泄漏电流也变得较小。并且,在将使实施例7的柔性导电材料与比较例2的柔性导电材料层叠而制成的实施例11的导电层叠体制成了电极的情况下,泄漏电流也变得较小。并且,在将试验用元件静置于高湿环境下一个月的情况下,在全部实施例中,泄漏电流基本上没有变化。
在实施例的柔性导电材料中含有吸附剂。因此,残存于弹性体中的反应残渣等杂质离子、导电剂中的银发生离子化后的银离子被吸附剂吸附和固定。因此,可认为:从柔性导电材料(电极)向介质膜移动的杂质变少,介质膜的电阻的降低得到了抑制。例如,与混合了二氧化硅的柔性导电材料的实施例4、5相比,随着二氧化硅的混合量的增加,泄漏电流变小了。可认为这是因为,当二氧化硅的含量变多时,杂质离子的吸附量增加且杂质离子本身变得难以移动。
产业上的可利用性
本发明的柔性导电材料适用于换能器的利用了弹性体的柔软的电极、布线材料。另外,其还适用于机器人、工业用机械的可动部的控制、可穿戴设备(Wearable Device),可弯曲的显示器等中使用的挠性电路板的布线材料。进而,还适用作电磁波屏蔽体。

柔性导电材料、及使用其的换能器、挠性电路板、电磁波屏蔽体.pdf_第1页
第1页 / 共32页
柔性导电材料、及使用其的换能器、挠性电路板、电磁波屏蔽体.pdf_第2页
第2页 / 共32页
柔性导电材料、及使用其的换能器、挠性电路板、电磁波屏蔽体.pdf_第3页
第3页 / 共32页
点击查看更多>>
资源描述

《柔性导电材料、及使用其的换能器、挠性电路板、电磁波屏蔽体.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《柔性导电材料、及使用其的换能器、挠性电路板、电磁波屏蔽体.pdf(32页珍藏版)》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 102893342 A(43)申请公布日 2013.01.23CN102893342A*CN102893342A*(21)申请号 201180023393.2(22)申请日 2011.10.122010-230614 2010.10.13 JP2011-051365 2011.03.09 JPH01B 1/20(2006.01)C08K 3/04(2006.01)C08L 15/00(2006.01)H01B 1/24(2006.01)H02N 1/00(2006.01)H05K 1/09(2006.01)H05K 9/00(2006.01)(71)申请人东海橡塑工业。

2、株式会社地址日本爱知县(72)发明人伊藤贵雅 小林淳 吉川均(74)专利代理机构北京林达刘知识产权代理事务所(普通合伙) 11277代理人刘新宇 张会华(54) 发明名称柔性导电材料、及使用其的换能器、挠性电路板、电磁波屏蔽体(57) 摘要本发明提供一种柔性导电材料、及使用其的换能器、挠性电路板、电磁波屏蔽体。柔性导电材料包括弹性体、充填于该弹性体中的导电剂、固定于该弹性体中且能够吸附离子性物质的吸附剂。采用该柔性导电材料,离子化后的杂质不易向介质膜等被粘物移动。由此,施加有电压时的泄漏电流变小。因此,通过由该柔性导电材料形成电极或布线,能够实现泄漏电流较小且耐久性优异的换能器及挠性电路板。并。

3、且,使用该柔性导电材料,能够实现泄漏电流较小的电磁波屏蔽体。(30)优先权数据(85)PCT申请进入国家阶段日2012.11.09(86)PCT申请的申请数据PCT/JP2011/073423 2011.10.12(87)PCT申请的公布数据WO2012/050128 JA 2012.04.19(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书19页 附图11页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 19 页 附图 11 页1/1页21.一种柔性导电材料,其特征在于,其包括弹性体、充填于该弹性体中的导电剂、固定于该弹性体中且能够吸附离子性物质的吸附剂。2.。

4、根据权利要求1所述的柔性导电材料,其中,上述吸附剂为从具有巯基的化合物、离子交换聚合物、二氧化硅、活性炭、以及介孔碳中选择的一种以上的物质。3.根据权利要求2所述的柔性导电材料,其中,上述具有巯基的化合物与上述弹性体化学键合。4.根据权利要求2或3所述的柔性导电材料,其中,上述具有巯基的化合物具有三嗪骨架。5.根据权利要求2至4中任一项所述的柔性导电材料,其中,上述具有巯基的化合物含有三聚硫氰酸。6.根据权利要求2所述的柔性导电材料,其中,上述离子交换聚合物为H型阳离子交换树脂或O H型阴离子交换树脂。7.根据权利要求1至6中任一项所述的柔性导电材料,其中,上述导电剂含有炭黑和银粒子中的至少一。

5、种。8.根据权利要求1所述的柔性导电材料,其中,上述导电剂和上述吸附剂为活性炭和介孔碳中的至少一种。9.一种换能器,其特征在于,其具有弹性体制的介质膜、隔着该介质膜配置的多个电极、以及分别与多个该电极相连接的布线,该电极及该布线中的至少一个由权利要求1至权利要求8中任一项所述的柔性导电材料构成。10.根据权利要求9所述的换能器,其中,上述电极具有层叠着的多个导电层,在多个该导电层中,内侧导电层与上述介质膜接触,至少内侧导电层由上述柔性导电材料构成。11.一种挠性电路板,其特征在于,其包括弹性基材与配置于该弹性基材表面的布线,该布线的至少一部分由权利要求1至权利要求8中任一项所述的柔性导电材料构。

6、成。12.一种电磁波屏蔽体,其特征在于,其由权利要求1至权利要求8中任一项所述的柔性导电材料形成。权 利 要 求 书CN 102893342 A1/19页3柔性导电材料、 及使用其的换能器、 挠性电路板、 电磁波屏蔽体技术领域0001 本发明涉及一种适合于可伸缩的电极、布线等的柔性导电材料、及使用该柔性导电材料的换能器、挠性电路板、电磁波屏蔽体。背景技术0002 现在,正利用介电弹性体等高分子材料进行柔软性高、小型且轻量的换能器的开发。作为换能器的一个实例,可列举出在弹性体制的介质膜的表里两面配置一对电极而构成致动器(例如参照专利文献1、2)。在这种致动器中,若增大施加于电极间的施加电压,则电。

7、极间的静电引力变大。由此,夹于电极间的介质膜沿厚度方向被压缩,介质膜的厚度变薄。若膜厚变薄,则相应地介质膜在平行于电极表面的方向伸长。另一方面,若减小施加于电极间的施加电压,则电极间的静电引力变小。由此,对介质膜的沿厚度方向的压缩力变小,在介质膜的弹性恢复力的作用下膜厚变厚。若膜厚变厚,则相应地介质膜在平行于电极表面的方向收缩。这样,致动器通过与施加电压的大小相对应的介质膜的伸长、收缩来对驱动对象构件进行驱动。0003 在致动器中,电极被固定于介质膜的表里两面。因此,要求电极能够与介质膜的变形相应地伸缩,并且不影响介质膜的伸长、收缩。0004 专利文献1:日本特表2003-506858号公报0。

8、005 专利文献2:日本特开2009-296703号公报0006 例如,如专利文献2所述,可伸缩的电极能够由在弹性体中混合炭黑等导电剂而得到的柔性导电材料来形成。然而,在使用弹性体的情况下,弹性体中的杂质成为问题。例如,在硫化交联的情况下,在交联后的弹性体的中,大多残存未反应的硫、硫化促进剂等、及硫、硫化促进剂等的分解产物(反应残渣)。并且,在作为原料的橡胶聚合物中也含有在聚合反应时添加的引发剂、乳化剂、链转移剂等反应残渣。这些反应残渣为弹性体中的杂质。因此,由含有上述弹性体的柔性导电材料在介质膜的表面上形成了电极的情况下,电极(柔性导电材料)中的杂质可能会被离子化而移动到介质膜。并且,在将金。

9、属粉末(例如银粉末)用作了导电剂的情况下,离子化后的银(Ag+)可能会移动到介质膜而作为银析出(迁移)。0007 并且,在与柔性导电材料接触的构件(介质膜等)中含有的杂质在移动到柔性导电材料后,也可能会再次移动到该构件。作为这种杂质例如可列举出:用作交联促进剂的二甲基二硫代氨基甲酸的锌盐、铁盐、2-巯基苯并噻唑(mercaptobenzothiazole)的钠盐、锌盐,用作增塑剂、阻燃剂的磷酸三甲苯酯(tricresylphosphate)等有机磷酸化合物的水解产物、源自表面活性剂的季铵盐、其他微量含有的各种金属离子(Na+、K+、Mg2+)等。这样,也不能忽视与柔性导电材料接触的构件中所含有。

10、的杂质的影响。0008 根据本发明人的研究,确认了:当将交联前的柔性导电材料同样地涂布于交联前的介质膜并将柔性导电材料与介质膜交联为一体时,杂质更加容易地从柔性导电材料向介质膜移动。说 明 书CN 102893342 A2/19页40009 在离子化后的杂质在介质膜中移动时,介质膜的电阻变小。由此,在施加了电压时,电流较易在介质膜中流动(所谓的泄漏电流变大)。因此,电荷不易蓄积在介质膜与电极的界面,导致消耗电力增加。另外,若电流在介质膜中流动,则产生焦耳热。在产生的热的作用下,介质膜的物性可能会发生变化。进而,介质膜容易被破坏。即,介质膜的耐介质击穿性降低。当介质膜的耐介质击穿性降低时,例如,。

11、在致动器中,无法施加较大的电压。因而,不能获得充分的力和位移量。0010 另外,除了致动器之外,在隔着介质膜配置有电极的传感器、发电元件等中也存在杂质移动的问题。进而,在由包含弹性体的柔性导电材料在弹性体等弹性基材的表面形成了布线等的情况下,也存在杂质移动的问题。即,由于杂质从柔性导电材料移动至弹性基材,使得弹性基材的电阻降低,可能会产生所谓的泄漏电流。发明内容0011 本发明是鉴于这样的实情而提出的,其课题在于提供:向介质膜等被粘物移动的杂质较少的柔性导电材料。本发明的另一课题在于提供:通过由该柔性导电材料形成电极、布线,从而提供泄漏电流较小、耐久性优异的换能器、挠性电路板。本发明的再一课题。

12、在于提供:通过使用该柔性导电材料,从而提供泄漏电流较小的电磁波屏蔽体。0012 (1)为了解决上述课题,本发明的柔性导电材料的特征在于,其包括弹性体、充填于该弹性体中的导电剂、固定于该弹性体中且能够吸附离子性物质的吸附剂。0013 在本发明的柔性导电材料中混合有吸附剂。吸附剂能够吸附离子性物质。即,吸附剂能够吸附弹性体中的离子化后的杂质。并且,吸附剂固定于弹性体中。因此,被吸附剂吸附的杂质蓄积在弹性体中,而不从弹性体向外部(与柔性导电材料接触的其他构件)移动。此处,吸附剂只要不从弹性体的交联结构(聚合物网络)中向外部移动即可。因此,吸附剂与弹性体既可以进行化学键合,也可以不进行化学键合。001。

13、4 这样,采用本发明的柔性导电材料,离子化后的杂质不易向与柔性导电材料接触的其他构件移动。另外,即使离子化后的杂质从与本发明的柔性导电材料接触的其他构件发生了移动,也能够抑制该杂质再次向其他构件移动。因此,在由本发明的柔性导电材料形成电极并构成了上述致动器等换能器的情况下,从电极向介质膜移动的杂质较少。由此,介质膜的电阻不易降低。即,施加有电压时,电流不易在介质膜中流动。因此,能够使消耗电力降低并在介质膜与电极的界面蓄积很多的电荷。另外,由于电流不易在介质膜中流动,从而焦耳热的产生得以抑制。因此,因热导致的介质膜的物性发生变化或者介质膜被破坏的可能性较小。这样,采用本发明的柔性导电材料,能够实。

14、现不易限制介质膜的变形,且向介质膜移动的杂质较少的电极、布线。0015 (2)本发明的换能器的特征在于,其具有弹性体制的介质膜、隔着该介质膜配置的多个电极、以及分别与多个该电极相连接的布线,该电极及该布线中的至少一个由上述本发明的柔性导电材料构成。0016 换能器是用于将某种能量转换为其他种类的能量的装置。在换能器中,例如包括进行机械能与电能的转换的致动器、传感器、发电元件等,或者进行声能与电能的转换的扬声器、麦克风等。0017 采用本发明的换能器,电极及布线中的至少一个(以下,为了方便,称为“电极等”)说 明 书CN 102893342 A3/19页5由上述本发明的柔性导电材料形成。因此,当。

15、介质膜变形时,电极等追随该变形而伸缩。因此,不易影响介质膜的动作。另外,从电极等向介质膜移动的杂质较少。因此,介质膜的电阻降低的可能性较小。因此,在施加有电压时,电流不易在介质膜中流动。即,因热导致介质膜的物性发生变化或介质膜被破坏的可能性较小。因此,本发明的换能器的耐久性优异。另外,在将本发明的换能器用作了致动器的情况下,能够对介质膜施加较大的电压。因此,通过增大施加电压,能够产生更大的力。0018 (3)另外,本发明的挠性电路板的特征在于,其包括弹性基材与配置于该弹性基材表面的布线,该布线的至少一部分由上述本发明的柔性导电材料构成。0019 采用本发明的挠性电路板,布线追随弹性基材的变形而。

16、伸缩。因此,本发明的挠性电路板适合于可动零件、复杂形状的零件的布线。并且,从布线向弹性基材移动的杂质较少。因此,弹性基材的电阻降低、电流流过弹性基材的可能性较小。由此,误操作得以抑制。另外,因焦耳热而导致弹性基材的物性变化或者弹性基材被破坏的可能性也较小。因此,本发明的挠性电路板的耐久性优异。0020 (4)本发明的电磁波屏蔽体的特征在于,其由上述本发明的柔性导电材料形成。0021 本发明的柔性导电材料能够由将橡胶聚合物等原料溶解于预定的溶剂而得到的涂料来制造。或者,能够由混炼后的原料成形为各种形状而制造。由此,本发明的柔性导电材料作为电磁波屏蔽体容易配置于欲屏蔽电磁波的各个部位。并且,采用本。

17、发明的电磁波屏蔽体,电磁波屏蔽体(柔性导电材料)中的杂质不易向与该电磁波屏蔽体接触的构件移动。由此,因接触的构件的电阻降低而产生泄漏电流的可能性较小。因此,因焦耳热导致接触部件的物性发生变化或者该部件被破坏的可能性较小。附图说明0022 图1为作为本发明的换能器的第1实施方式的致动器的剖面示意图,其中,图1的(a)表示电压断开状态、图1的(b)表示电压接通状态。0023 图2为作为本发明的换能器的第2实施方式的静电电容型传感器的俯视图。0024 图3为图2的III-III剖视图。0025 图4为作为本发明的换能器的第3实施方式的发电元件的剖面示意图,其中,图4的(a)表示伸长时,图4的(b)表。

18、示收缩时。0026 图5为作为本发明的换能器的第4实施方式的扬声器的立体图。0027 图6为图5的VI-VI剖视图。0028 图7为本发明的挠性电路板的俯视透视图。0029 图8为安装到测量装置上的试验用第1元件的表侧主视图。0030 图9为图8的IX-IX剖视图。0031 图10为安装到试验装置上的试验用第2元件的剖视图。0032 图11为作为本发明的换能器的第5实施方式的致动器的剖面示意图。0033 附图标记说明0034 1:致动器(换能器);10:介质膜;11a、11b:电极;12a、12b:布线;13:电源;14a、14b:电极;140a、140b:内侧导电层;141a、141b:外侧。

19、导电层;0035 2:静电电容型传感器(换能器);20:介质膜;21a、21b:电极;22a、22b:布线;23a、说 明 书CN 102893342 A4/19页623b:覆膜;24:连接器;0036 3:发电元件(换能器);30:介质膜;31a、31b:电极;32a32c:布线;0037 4:扬声器(换能器);40a:第1外框;40b:第2外框;41a:第1内框;41b:第2内框;42a:第1介质膜;42b:第2介质膜;43a:第1外电极;43b:第2外电极;44a:第1内电极;44b:第2内电极;45a:第1振动板;45b:第2振动板;430a、430b、440a、440b:端子;460。

20、:螺栓;461:螺母;462:间隔物;0038 5A:试验用第1元件;5B:试验用第2元件;50:介质膜;51a、51b:电极;52:上侧夹头;53:下侧夹头;54a、54b:内侧电极;55a、55b:外侧电极;0039 6:挠性电路板;60:弹性基板;61:表侧布线用连接器;62:背侧布线用连接器;01X16X:表侧电极;01Y16Y:背侧电极;01x16x:表侧布线;01y16y:背侧布线。具体实施方式0040 以下,说明本发明的柔性导电材料、换能器、挠性电路板、电磁波屏蔽体的各实施方式。另外,本发明的柔性导电材料、换能器、挠性电路板、电磁波屏蔽体不限定于以下实施方式,在不脱离本发明的主旨。

21、的范围内,本领域的技术人员能够以施加了可做到的改变、改良等的各种方式来实施本发明。0041 0042 本发明的柔性导电材料具有弹性体、导电剂、吸附剂。弹性体的种类并没有特别限定。在用作具有弹性体制的介质膜的换能器的电极、布线的情况下,从柔软且易伸缩的观点考虑,优选使用弹性率为10MPa以下的弹性体。例如,可列举出:硅橡胶、乙烯-丙烯共聚物橡胶、天然橡胶、苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶、丁腈橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(H-NBR)、丙烯酸酯橡胶、氯醇橡胶、氯磺化聚乙烯、氯化聚乙烯、聚氨酯橡胶、聚氨酯系的热塑性弹性体等。另外,如环氧化天然橡胶、羧基改性氢化腈橡胶等那样,也可以使用通过导入官能团等来改性。

22、而得到的弹性体。作为弹性体,能够单独使用一种,或者混合两种以上而使用。0043 并且,当吸附剂与弹性体化学键合时,能够将吸附剂切实地固定于弹性体中。因此,作为弹性体,优选使用具有与吸附剂能够反应的官能团、结构的弹性体。例如,在将具有巯基的化合物用作吸附剂的情况下,优选使用具有与巯基或者该化合物中的其他的官能团能够反应的官能团、结构的弹性体。例如,可列举出:具有环氧基、异氰酸酯(isocyanate)基、有机硅烷化合物等的弹性体,含有氯原子、溴原子的弹性体(氯醇橡胶、氯丁二烯橡胶、氯化聚烯烃等)、具有碳-碳双键(C=C)的弹性体等。0044 导电剂的种类没有特别限定。可从下列物质中适当选择:即炭。

23、黑、碳纳米管、石墨等碳材料,银、金、铜、镍、铑、钯、铬、钛、铂、铁以及它们的合金等金属材料,氧化铟锡(ITO)、氧化钛、氧化锌中掺杂了铝、锑等其它金属而成的物质等导电性氧化物。导电剂可单独使用一种,也可混合两种以上而使用。例如,从与作为母材的弹性体的密接性高、容易聚集而形成导通路径的观点考虑,优选炭黑。其中优选科琴黑(Ketjen Black)等高导电性炭黑、或如活性炭、介孔碳(Mesoporous Carbon)等那样具有细孔且对杂质的吸附力较高的物质。0045 另外,也可使用由金属包覆颗粒表面而赋予了导电性的包覆颗粒。相比较于金属单一成分的颗粒而言,包覆颗粒的比重小。因此,在涂料化时不易沉。

24、降,分散性提高。另外,可通过加工颗粒而容易地制造各种各样的形状的包覆颗粒。作为用于包覆的金属,可使用说 明 书CN 102893342 A5/19页7先前列举的金属材料。另外,颗粒可使用石墨、炭黑等碳材料,碳酸钙、二氧化钛、氧化铝、钛酸钡等金属氧化物,二氧化硅等无机物,丙烯酸、聚氨酯等树脂等。0046 导电剂的混合量按照可获得所希望的电极、布线的导电性的方式确定即可。例如,从确保电极的导电性这样的观点考虑,柔性导电材料的体积为100vol时,导电剂的混合量优选为01vol以上。更优选为1vol以上。另一方面,如果导电剂的混合量变多那么柔软性降低。由此,柔性导电材料的体积为100vol时,导电剂。

25、的混合量优选为35vol以下。更优选为15vol以下。0047 吸附剂只要能够吸附离子型物质且能够固定于弹性体中即可。作为吸附剂,例如,能够使用具有细孔且能够吸附杂质等的物质等,该具有细孔的物质包括:具有巯基的化合物、离子交换聚合物、二氧化硅和氧化铝等氧化物、沸石、活性炭、介孔碳等。并且,作为具有阳离子交换能力的物质,也能够使用水滑石等层状双氢氧化物、蒙脱石等粘土矿物、层状氧化钛、层状硅酸盐、及麦羟硅钠石(magadiite)、水羟硅钠石(kenyaite)、马水硅钠石(makatite)、水硅钠石(kanemite)、伊利石(ilerite)等层状聚硅酸盐等。其中优选具有巯基的化合物、离子交。

26、换聚合物、二氧化硅、活性炭、介孔碳。可以从这些中选择一种单独使用,也可混合两种以上而使用。0048 作为具有巯基的化合物,其优选具有三嗪(triazine)骨架。三嗪环具有共轭体系。因此,例如,在巯基已键合于2、4、6位的情况下,酸性提高,杂质的吸附力、与杂质的反应性提高。例如,可列举出:三聚硫氰酸(TMT:trimercaptotriazine)、4,6-二氨基(diamino)-1,3,5-三嗪-2-硫醇(thiol)、4-氨基(amino)-1,3,5-三嗪-2-硫醇(thiol)、2-氨基(ami no)-1,3,5-三嗪-4,6-二硫醇(dithiol)等。并且,也可以为使硅胶承载T。

27、MT而形成的物质(Si-TMT)等。当将TMT承载于硅胶时,即使在使用了与TMT不发生化学键合的弹性体的情况下,也能够通过将硅胶固定于弹性体中来将TMT固定于弹性体中。0049 离子交换聚合物只要为具有能够进行离子交换的官能团的聚合物即可。例如,可列举出具有阳离子交换能力的磺酸基、羧基的弹性体。另外,可列举出具有阴离子交换能力的伯氨基、仲氨基、叔氨基的弹性体。这些弹性体在主链或侧链上具有官能团。弹性体的种类没有特别限定,但是,优选为不使柔性导电材料的柔软性受损的弹性体。0050 另外,作为离子交换聚合物,能够使用离子交换树脂。该情况下,只要从公知的阳离子交换树脂、阴离子交换树脂中适当选择即可。。

28、在阳离子交换树脂中,存在交换基为磺基(sulfo)的强酸性阳离子交换树脂、交换基为羧基的弱酸性阳离子交换树脂。考虑吸附弹性体中的离子时释放的离子种类而优选使用H型阳离子交换树脂。在阴离子交换树脂中,存在交换基为季铵基的强碱性阴离子交换树脂、交换基为伯氨基、仲氨基、叔氨基的弱碱性阴离子交换树脂。在阴离子交换树脂为强碱性阴离子交换树脂的情况下,考虑吸附弹性体中的离子时释放的离子种类而优选使用OH型阴离子交换树脂。0051 离子交换聚合物的粒径只要考虑由柔性导电材料形成的电极等的膜厚来进行适当调整即可。例如,能够取得的离子交换树脂的粒径为数百m,在要形成5m50m左右的膜厚的电极的情况下,只要通过在。

29、干式粉碎、冷冻粉碎之后过筛等方法使该离子交换树脂的粒径变成几m数十m即可。另外,在离子交换树脂发生了膨润的情况下,优选使离子交换树脂干燥后使用。0052 并且,也可以通过使用比离子交换树脂柔软的聚合物来调整柔性导电材料的物说 明 书CN 102893342 A6/19页8性。作为柔软的聚合物,可列举出:玻璃化转变温度(Tg)为常温以下的丙烯酸聚合物、聚氨酯聚合物、聚醚、聚二烯(异戊二烯(isoprene)、丁二烯(butadiene)等)、以上述物质的共聚物等为主链的聚合物。0053 在二氧化硅中,有时因制造方法而残存源自原料的钠。若钠的残存量较多,则存在被离子化而变成杂质的可能。此处,钠的残。

30、存量与二氧化硅的pH值有关。即,若钠的残存量较多,则存在二氧化硅的pH值变大的倾向。因此,在使用二氧化硅的情况下,优选尽量选择pH值较小的二氧化硅。例如,pH值可为10.5以下。优选pH值为8.5以下,更优选为6.5以下。在本说明书中,作为二氧化硅的pH值,采用由下面的测量方法测量而得到值。首先,使二氧化硅分散于水中,制备了二氧化硅浓度为4质量的分散液。其次,充分地搅拌分散液,利用pH仪测量分散液的pH值。0054 活性炭、介孔碳具有导电性。由此,活性炭、介孔碳不仅作为吸附剂,还作为导电剂发挥功能。因此,在混合作为吸附剂的活性炭、介孔碳中的至少一种的情况下,可不混合作为导电剂的其他材料。但是,。

31、当欲通过仅混合活性炭、介孔碳来获得希望的导电性时,需要使活性炭、介孔碳的混合量较多。相对于100质量份弹性体,活性炭、介孔碳的混合量优选为20质量份以上且50质量份以下。当活性炭、介孔碳的混合量较多时,柔性导电材料的柔软性降低。因此,从兼顾导电性和柔软性的观点考虑,优选即使在混合活性炭和介孔碳中的至少一种的情况下,也混合作为导电剂的其他材料。0055 吸附剂的混合量只要根据使用的化合物的种类来适当调整即可。若吸附剂的混合量过少,则不能充分地获得对离子物质的吸附效果。相反地,若吸附剂的混合量过多,则存在柔性导电材料变硬而使电极、布线所要求的柔软性受损的可能。例如,在单独使用TMT的情况下,相对于。

32、100质量份弹性体,TMT的混合量优选为05质量份以上且20质量份以下。并且,在单独使用H型阳离子交换树脂或OH型阴离子交换树脂的情况下,相对于100质量份弹性体,H型阳离子交换树脂或OH型阴离子交换树脂的混合量优选为1质量份以上且30质量份以下。另外,在单独使用二氧化硅的情况下,相对于100质量份弹性体,二氧化硅的混合量优选为3质量份以上且20质量份以下。此外,在将活性炭和介孔碳中的至少一种单独用作吸附剂的情况下,相对于100质量份弹性体,活性炭和介孔碳中的至少一种的混合量优选为1质量份以上且20质量份以下。0056 本发明的柔性导电材料能够通过将作为弹性体原料的橡胶聚合物、导电剂、及含有吸。

33、附剂的橡胶组合物交联来制造。也可以根据需要在橡胶组合物中混合交联剂、硫化促进剂、加工助剂、增塑剂、抗氧化剂、增强剂、着色剂等添加剂。通过进行交联来赋予橡胶弹性,从而提高与伸缩相对应的恢复性。交联方法能够根据橡胶聚合物的种类等来适当确定。例如,可列举出:硫化交联、过氧化物交联、异氰酸酯(isocyanate)交联、氢化硅烷化交联、环氧交联、电子束(EV)交联、紫外线(UV)交联等。此外,也可以利用有机金属化合物的溶胶凝胶反应。0057 例如,在要利用辊、混炼机混炼橡胶聚合物等原料以制备橡胶组合物的情况下,只要将制备后的橡胶组合物充填到模具中并在预定的条件下对该橡胶组合物进行挤压交联即可。或者,在。

34、要将橡胶聚合物等原料溶解于预定的溶剂中以制备橡胶组合物的情况下,只要如述那样进行交联即可。首先,将制备后的橡胶组合物涂布在基材等上。其次,使涂膜干燥,并使溶剂挥发。然后,与涂膜的干燥一起进行交联反应,或者在另行规定的条件下进行说 明 书CN 102893342 A7/19页9交联反应。无论在上述哪种情况下,若预先混合橡胶聚合物与导电剂,则导电剂的分散性提高。0058 0059 本发明的换能器包括弹性体制的介质膜、隔着该介质膜配置的多个电极、分别与多个该电极相连接的布线。作为介质膜,优选使用相对介电常数高的弹性体。具体优选为常温时的相对介电常数(100Hz)为2以上的弹性体,进一步优选为5以上的。

35、弹性体。例如可采用具有酯基、羧基、羟基、卤素基团、酰胺基、磺酸基、氨基甲酸酯基、腈基等极性官能团的弹性体,或者可采用添加了具有这些极性官能团的极性低分子量化合物的弹性体。作为适当的弹性体,可列举出:硅橡胶、丁腈橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(H-NBR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶、氯醇橡胶、氯磺化聚乙烯、氯化聚乙烯等。0060 介质膜的厚度根据换能器的用途等来适当确定即可。例如,在致动器的情况下,从小型化、低电位驱动化、以及增大位移量等观点考虑,介质膜的厚度较薄是优选的。在此情况下,也考虑介质击穿性等而优选将介质膜的厚度设为1m以上且1000m(1mm)以下。更优选的范。

36、围为5m以上且200m以下。0061 电极和布线中的至少一个由上述本发明的柔性导电材料形成。对于本发明的柔性导电材料的结构和制造方法,在上文进行了说明。因此,此处省略说明。并且,在本发明的换能器中,也优选采用上述本发明的柔性导电材料的优选的方式。0062 电极和布线也可以由材质不同的两层以上的导电层形成。该情况下,优选由本发明的柔性导电材料形成与介电层接触的导电层。例如,在本发明的换能器中,优选的方式为:电极具有层叠着的多个导电层,在多个该导电层中,内侧导电层与介质膜接触,至少内侧导电层由本发明的柔性导电材料构成。0063 另外,从换能器的小型化以及尽可能减小对于介质膜的变形的影响这样的观点考。

37、虑,优选使电极和布线的厚度较薄。例如,优选将电极和布线的厚度设为04m以上且1000m以下。更优选为5m以上且50m以下。以下,作为本发明的换能器的实例,对致动器、静电电容型传感器、发电元件、及扬声器的实施方式进行说明。0064 第1实施方式0065 作为本发明的换能器的第1实例,说明致动器的实施方式。图1表示本实施方式的致动器的剖面示意图,其中,图1的(a)表示电压断开状态、图1的(b)表示电压接通状态。0066 如图1所示,致动器1具备介质膜10、电极11a、11b、布线12a、12b。介质膜10为H-NBR(氢化丁腈橡胶)制。电极11a按照覆盖介质膜10的上表面的大致全体的方式配置。同样。

38、地,电极11b按照覆盖介质膜10的下表面的大致全体的方式配置。电极11a、11b各自介由布线12a、12b而连接于电源13。电极11a、11b均由本发明的柔性导电材料构成。0067 在从断开状态切换到接通状态时,对一对电极11a、11b间施加电压。由于施加电压,介质膜10的厚度变薄,相应地,如图1(b)中空心箭头所示那样,介质膜在平行于电极11a、11b表面的方向伸长。由此,致动器1输出图中上下方向以及左右方向的驱动力。0068 采用本实施方式,电极11a、11b柔软且可伸缩。由此,电极11a、11b能够追随介质膜10的变形而伸缩。即,介质膜10的动作不易受电极11a、11b影响。另外,采用本。

39、实施方式,离子化后的杂质不易从电极11a、11b向介质膜10移动。由此介质膜10的电阻不易降说 明 书CN 102893342 A8/19页10低。即,在施加有电压时,电流不易在介质膜10中流动。因此,通过施加电压,能够在介质膜10与电极11a、11b的界面蓄积很多的电荷。另外,电流不易在介质膜10中流动,因此焦耳热的产生得以抑制。因此,因热导致的介质膜10的物性变化或者介质膜10被破坏的可能性较小。因而,致动器1的耐久性优异。此外,采用致动器1,能够施加更大的电压。其结果,能够产生更大的力。0069 另外,作为致动器的其他的实施方式,可以列举出由层叠着的多个导电层形成电极的实施方式。以下,示。

40、出了由两层导电层形成了电极的实施方式。将本实施方式作为本发明的换能器的第5实施方式。图11表示本实施方式的致动器的剖面示意图(电压断开状态)。在图11中,对于与图1(a)相对应的部位,用相同的附图标记进行表示。0070 如图11所示,致动器1具备介质膜10、电极14a、14b、布线12a、12b。电极14a配置于介质膜10的上表面。电极14b以隔着介质膜10与电极14a对置的方式设于介质膜10的下表面。电极14a具有内侧导电层140a与外侧导电层141a。内侧导电层140a按照覆盖介质膜10的上表面的大致全体的方式配置。内侧导电层140a由含有吸附剂的本发明的柔性导电材料形成。外侧导电层141。

41、a层叠于内侧导电层140a的上表面。外侧导电层141a由在弹性体中混合银粉末而得到的柔性导电材料(能够根据需要混合硫化促进剂等容易离子化的物质,但是,没有混合吸附剂)形成。外侧导电层141a与布线12a连接。布线12a与电源13连接。0071 同样地,电极14b具有内侧导电层140b与外侧导电层141b。内侧导电层140b按照覆盖介质膜10的下表面的大致全体的方式配置。内侧导电层140b由含有吸附剂的本发明的柔性导电材料形成。外侧导电层141b层叠于内侧导电层140b的下表面。外侧导电层141b由在弹性体中混合银粉末而得到的柔性导电材料(能够根据需要混合硫化促进剂等容易离子化的物质,但是,没有。

42、混合吸附剂)形成。外侧导电层141b与布线12b连接。布线12b与电源13连接。0072 在本实施方式中,与介质膜10接触的内侧导电层140a、140b均由本发明的柔性导电材料形成。因此,离子化后的杂质不易从电极14a、14b向介质膜10移动。0073 第2实施方式0074 作为本发明的换能器的第2实例,说明静电电容型传感器的实施方式。首先,说明本实施方式的静电电容型传感器的结构。图2表示静电电容型传感器的俯视图。图3表示图2的III-III剖视图。如图2、图3所示,静电电容型传感器2具有介质膜20、一对电极21a、21b、布线22a、22b、覆膜23a、23b。0075 介质膜20为H-NB。

43、R(氢化丁腈橡胶)制,其呈沿左右方向延伸的带状。介质膜20的厚度为约300m。0076 电极21a呈长方形状。在介质膜20的上表面通过丝网印刷而形成有三个电极21a。同样地,电极21b呈长方形状。在介质膜20的下表面,按照隔着介质膜20与电极21a对置的方式形成有三个电极21b。电极21b丝网印刷于介质膜20的下表面。这样,夹着介质膜20配置有三对电极21a、21b。电极21a、21b由本发明的柔性导电材料形成。0077 布线22a分别与形成于介质膜20的上表面的各个电极21a连接。通过布线22a将电极21a与连接器24连接。布线22a通过丝网印刷形成于介质膜20的上表面。同样地,布线22b分别与形成于介质膜20的下表面的各个电极21b连接(图2中虚线所示)。通过说 明 书CN 102893342 A10。

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索

当前位置:首页 > 电学 > 基本电气元件


copyright@ 2017-2020 zhuanlichaxun.net网站版权所有
经营许可证编号:粤ICP备2021068784号-1