特許ウォッチ

公開番号2024062625
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-10
出願番号2022170592
出願日2022-10-25
発明の名称成形体、弾性体及び歪みセンサー
出願人キヤノン株式会社
代理人弁理士法人秀和特許事務所
主分類G01L 1/20 20060101AFI20240501BHJP(測定;試験)
要約【課題】低弾性で低永久歪み、且つ、変形に対して繰り返し再現性の高い電気抵抗を有する成形体。
【解決手段】ポリウレタンエラストマーと該ポリウレタンエラストマー中の導電性フィラーとを含む成形体であって、該ポリウレタンエラストマーはマトリックスドメイン構造を有し、該導電性フィラーはマトリックス中に偏在し、該ドメインの粘弾性項を示すパラメータAと、該マトリックスの粘弾性項を示すパラメータBとの関係が、A<Bであり、該成形体の弾性率が4MPa以下であり、破断伸びが100%以上であり、かつ、引張永久歪みが10%以下であり、50%伸長させたときの体積抵抗率の変化が大きく、50%伸長させた該成形体に加えた張力を解放したときの体積抵抗率の戻り率の高い成形体。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
ポリウレタンエラストマーと該ポリウレタンエラストマー中の導電性フィラーとを含む成形体であって、
該ポリウレタンエラストマーは、マトリックスと、該マトリックス中に分散された複数個のドメインと、を有し、
該導電性フィラーは、該マトリックス中に偏在しており、
該成形体の、該ドメインと該マトリックスとが露出してなる断面の、走査型プローブ顕微鏡による粘弾性像において測定される該ドメインの粘弾性項を示すパラメータＡと、該マトリックスの粘弾性項を示すパラメータＢと、の関係が、Ａ＜Ｂであり
温度２３℃における、該成形体の５０％引張時の弾性率が４．００ＭＰａ以下であり、該成形体の破断伸びが１００％以上であり、かつ、該成形体の５０％引張後の引張永久歪みが１０％以下であり、
無歪みのときの該成形体の体積抵抗率をＲａ（Ω・ｃｍ）とし、該成形体を５０％伸長させたときの体積抵抗率をＲｂ（Ω・ｃｍ）とし、５０％伸長させた該成形体に加えた張力を解放したときの体積抵抗率をＲｃ（Ω・ｃｍ）としたとき、
該Ｒａ、Ｒｂ及びＲｃが、下記式（１）及び（２）の関係を満たす、ことを特徴とする成形体：
（１）・・・Ｌｏｇ
１０
（Ｒｂ）－Ｌｏｇ
１０
（Ｒａ）≧０．１０
（２）・・・（Ｌｏｇ
１０
（Ｒｃ）－Ｌｏｇ
１０
（Ｒａ））／（Ｌｏｇ
１０
（Ｒｂ）－Ｌｏｇ
１０
（Ｒａ））≦０．２５。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記Ｒａが、下記式（３）を満たす、請求項１に記載の成形体：
（３）・・・Ｌｏｇ
１０
（Ｒａ）≦９．００。
【請求項３】
前記Ｒａ及び前記Ｒｃが、下記式（４）を満たす、請求項１に記載の成形体：
（４）・・・Ｌｏｇ
１０
（Ｒｃ）－Ｌｏｇ
１０
（Ｒａ）≦０．０５。
【請求項４】
前記成形体の、温度２３℃におけるマイクロゴム硬度が２０～５０度であり、
前記断面の、前記マトリックスにビッカース圧子を当接させ、該ビッカース圧子を荷重速度１０ｍＮ／３０秒で押し込み、荷重１０ｍＮで６０秒間維持した後、除荷したとき、除荷５秒後の歪みが１．０μｍ以下である、請求項１に記載の成形体。
【請求項５】
前記成形体の断面の３カ所に５０μｍ四方の観察領域を置いて観察したとき、該観察領域の全３カ所が下記要件（２－１）及び要件（２－２）を満たす、請求項１に記載の成形体：
要件（２－１）該観察領域における前記ドメインの断面積の合計の割合が、１５～４５％である；
要件（２－２）断面積が該観察領域の面積の０．１～１３．０％である該ドメインの個数の割合が、７０個数％以上である。
【請求項６】
前記成形体の断面の３カ所に５０μｍ四方の観察領域を置いて観察したとき、
円形度が０．６０～０．９５である前記ドメインの個数の、前記ドメインの総個数に占める割合が、７０個数％以上である請求項１に記載の成形体。
【請求項７】
前記マトリックスが、第１の構造として下記式（１）で表されるポリカーボネート構造を有し、
前記ドメインが、第２の構造として下記式（２）で表されるポリエーテル構造を含む請求項１に記載の成形体。
TIFF
2024062625000013.tif
47
153
（式（１）中、Ｒ
１
は、炭素数３～９のアルキレン基を示し、式（２）中、Ｒ
２
は、炭素数３～６のアルキレン基を示す。）
【請求項８】
前記パラメータＡの前記パラメータＢに対する比の値（Ａ／Ｂ）が、０．６５以下である請求項１に記載の成形体。
【請求項９】
ポリウレタンエラストマーと該ポリウレタンエラストマー中の導電性フィラーとを含む弾性体であって、
該ポリウレタンエラストマーは、マトリックスと、該マトリックス中に分散された複数個のドメインと、を有し、
該導電性フィラーは、該マトリックス中に偏在しており、
該弾性体の、該ドメインと該マトリックスとが露出してなる断面の、走査型プローブ顕微鏡による粘弾性像において測定される該ドメインの粘弾性項を示すパラメータＡと、該マトリックスの粘弾性項を示すパラメータＢと、の関係が、Ａ＜Ｂであり
温度２３℃における、該弾性体の５０％引張時の弾性率が４．００ＭＰａ以下であり、該弾性体の破断伸びが１００％以上であり、かつ、該弾性体の５０％引張後の引張永久歪みが１０％以下であり、
無歪みのときの該弾性体の体積抵抗率をＲａ（Ω・ｃｍ）とし、該弾性体を５０％伸長させたときの体積抵抗率をＲｂ（Ω・ｃｍ）とし、５０％伸長させた該弾性体に加えた張力を解放したときの体積抵抗率をＲｃ（Ω・ｃｍ）としたとき、
該Ｒａ、Ｒｂ及びＲｃが、下記式（１）及び（２）の関係を満たす、ことを特徴とする弾性体：
（１）・・・Ｌｏｇ
１０
（Ｒｂ）－Ｌｏｇ
１０
（Ｒａ）≧０．１０
（２）・・・（Ｌｏｇ
１０
（Ｒｃ）－Ｌｏｇ
１０
（Ｒａ））／（Ｌｏｇ
１０
（Ｒｂ）－Ｌｏｇ
１０
（Ｒａ））≦０．２５。
【請求項１０】
歪みの量に応じて体積抵抗率が変化する感歪部を有する歪みセンサであって、該感歪部が、請求項１～８のいずれか一項に記載の成形体を含むことを特徴とする歪みセンサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、センサーなどに用いられるウレタンエラストマーを含む成形体に関するものである。歪みにより体積抵抗率が変化する抵抗変化型のセンサーなどに用いることができる成形体に関する。また、本開示は、歪みによって体積抵抗率が変化する抵抗変化型のセンサーに用いることのできる弾性体に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
部材の変形や部材に作用する応力を検出するセンサーの用途において、導電性を有するエラストマー材料（導電性エラストマー）の使用が提案されている。このような用途における導電性エラストマーでは、その変形範囲に応じた柔軟性（低弾性）のほか、繰り返し再現性が求められている。特許文献１は、弾性率の異なる複数のポリマーのブレンド物を用いて形成された相分離構造を有するポリマーマトリクスと、導電性粒子を複合化してなるセンサー用複合体を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００７－２２５３１５号公報
【非特許文献】
【０００４】
IEEE Transactions on SYSTEMS, MAN, AND CYBERNETICS, Vol. SMC-9, No. 1, January 1979, pp. 62-66
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らの検討により、特許文献１に係るセンサー用複合体は、柔軟性を有するものの、変形からの復元性、つまり外力の負荷及び除荷によって生じる変形（永久歪み）や、変形に応じて変化する導電性に対しての繰り返し再現性において改善の余地があることが分かった。
本開示の少なくとも一つ態様は、低弾性で低永久歪み、且つ、変形に対して繰り返し再現性の高い電気抵抗を有する成形体の提供に向けたものである。また、本開示の少なくとも一つの態様は、低弾性であって、永久歪みが小さく、歪みの量に応じて体積抵抗率が安定的に変化し得る弾性体の提供に向けたものである。
また、本開示の少なくとも一つの態様は、歪みの量を長期に亘って安定的に検出することができる歪みセンサーの提供に向けたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の少なくとも一つの態様によれば、ポリウレタンエラストマーと該ポリウレタンエラストマー中の導電性フィラーとを含む成形体であって、
該ポリウレタンエラストマーは、マトリックスと、該マトリックス中に分散された複数個のドメインと、を有し、
該導電性フィラーは、該マトリックス中に偏在しており、
該成形体の、該ドメインと該マトリックスとが露出してなる断面の、走査型プローブ顕微鏡による粘弾性像において測定される該ドメインの粘弾性項を示すパラメータＡと、該マトリックスの粘弾性項を示すパラメータＢと、の関係が、Ａ＜Ｂであり
温度２３℃における、該成形体の５０％引張時の弾性率が４．００ＭＰａ以下であり、該成形体の破断伸びが１００％以上であり、かつ、該成形体の５０％引張後の引張永久歪みが１０％以下であり、
無歪みのときの該成形体の体積抵抗率をＲａ（Ω・ｃｍ）とし、該成形体を５０％伸長させたときの体積抵抗率をＲｂ（Ω・ｃｍ）とし、５０％伸長させた該成形体に加えた張力を解放したときの体積抵抗率をＲｃ（Ω・ｃｍ）としたとき、
該Ｒａ、Ｒｂ及びＲｃが、下記式（１）及び（２）の関係を満たす、成形体が提供される：
（１）・・・Ｌｏｇ
１０
（Ｒｂ）－Ｌｏｇ
１０
（Ｒａ）≧０．１０
（２）・・・（Ｌｏｇ
１０
（Ｒｃ）－Ｌｏｇ
１０
（Ｒａ））／（Ｌｏｇ
１０
（Ｒｂ）－Ｌｏｇ
１０
（Ｒａ））≦０．２５。
【０００７】
また、本開示の少なくとも一つの態様によれば、ポリウレタンエラストマーと該ポリウレタンエラストマー中の導電性フィラーとを含む弾性体であって、
該ポリウレタンエラストマーは、マトリックスと、該マトリックス中に分散された複数個のドメインと、を有し、
該導電性フィラーは、該マトリックス中に偏在しており、
該弾性体の、該ドメインと該マトリックスとが露出してなる断面の、走査型プローブ顕微鏡による粘弾性像において測定される該ドメインの粘弾性項を示すパラメータＡと、該マトリックスの粘弾性項を示すパラメータＢと、の関係が、Ａ＜Ｂであり
温度２３℃における、該弾性体の５０％引張時の弾性率が４．００ＭＰａ以下であり、該成形体の破断伸びが１００％以上であり、かつ、該弾性体の５０％引張後の引張永久歪みが１０％以下であり、
無歪みのときの該弾性体の体積抵抗率をＲａ（Ω・ｃｍ）とし、該弾性体を５０％伸長させたときの体積抵抗率をＲｂ（Ω・ｃｍ）とし、５０％伸長させた該弾性体に加えた張力を解放したときの体積抵抗率をＲｃ（Ω・ｃｍ）としたとき、
該Ｒａ、Ｒｂ及びＲｃが、下記式（１）及び（２）の関係を満たす、弾性体が提供される：
（１）・・・Ｌｏｇ
１０
（Ｒｂ）－Ｌｏｇ
１０
（Ｒａ）≧０．１０
（２）・・・（Ｌｏｇ
１０
（Ｒｃ）－Ｌｏｇ
１０
（Ｒａ））／（Ｌｏｇ
１０
（Ｒｂ）－Ｌｏｇ
１０
（Ｒａ））≦０．２５。
【０００８】
本開示の少なくとも一つの態様によれば、歪みの量に応じて体積抵抗率が変化する感歪部を有する歪みセンサーであって、該感歪部が、上記の成形体を含む歪みセンサが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の少なくとも一つの態様によれば、低弾性で低永久歪み、且つ、変形に対して繰り返し再現性の高い電気抵抗を有する成形体が提供される。また、本開示の少なくとも一つの態様によれば、低弾性であって、永久歪みが小さく、歪みの量に応じて体積抵抗率が安定的に変化し得る弾性体が提供される。また、本開示の少なくとも一つの態様によれば、歪みの量を長期に亘って安定的に検出することができる歪みセンサーが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示の一態様に係る成形体の一例を示す概略断面図
本開示の一態様に係る成形体の製造方法を表す図
評価に用いた抵抗測定治具の概略図
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許