柔軟導電材料
【課題】導電材の分散性が良好で、柔軟性および導電性に優れた柔軟導電材料の提供。
【解決手段】柔軟導電材料は、マトリクスと、該マトリクス中に分散される導電材と、を有する。該マトリクスは、第二ポリマーと架橋可能な置換基Ｘ、導電材と親和性を有する官能基Ｙを有し、アクリル酸、メタクリル酸、およびこれらの塩、エステル、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ウレタンプレポリマー、ポリエーテル、ポリエーテルアミン、ポリアミン、ポリオール、ポリチオールから選ばれる一種の構成単位Ａ，Ｃを含む下記式で表されるポリマーから選ばれる一種以上であり、該導電材の分散機能を有する第一ポリマーと、該第一ポリマーと架橋可能な第二ポリマーと、が架橋されてなる。
【解決手段】柔軟導電材料は、マトリクスと、該マトリクス中に分散される導電材と、を有する。該マトリクスは、第二ポリマーと架橋可能な置換基Ｘ、導電材と親和性を有する官能基Ｙを有し、アクリル酸、メタクリル酸、およびこれらの塩、エステル、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ウレタンプレポリマー、ポリエーテル、ポリエーテルアミン、ポリアミン、ポリオール、ポリチオールから選ばれる一種の構成単位Ａ，Ｃを含む下記式で表されるポリマーから選ばれる一種以上であり、該導電材の分散機能を有する第一ポリマーと、該第一ポリマーと架橋可能な第二ポリマーと、が架橋されてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伸縮可能な電極、配線、電磁波シールド等に好適な柔軟導電材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
エラストマー等の高分子材料を利用して、柔軟性が高く、小型で軽量なトランスデューサの開発が進められている。この種のトランスデューサは、例えば、電極間にエラストマー製の誘電膜を介装して構成される。当該トランスデューサにおいては、印加電圧の大小により誘電膜が伸縮する。したがって、電極には、誘電膜の伸長、収縮を妨げないように、誘電膜の変形に応じて伸縮可能であることが要求される。
【０００３】
また、電子機器のデジタル化、高周波化、小型化が進むにつれ、不要な電磁波を遮蔽するための電磁波シールドの開発が重要になっている。柔軟性や伸縮性を有する電子機器の配線用途等、電磁波シールドにも柔軟性が要求される場合が多い。
【０００４】
このような観点から、エラストマーに導電性カーボンや金属粉末が充填された導電材料が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２２７９８５号公報
【特許文献２】特開２０００−１６９７６３号公報
【特許文献３】特開２００４−９７９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば、導電材のカーボンブラック、カーボンナノチューブ等は、凝集力が大きいため、凝集しやすい。エラストマー（マトリクス）中で導電材が凝集すると、凝集部分を起点としてマトリクスが破壊されやすくなる。また、マトリクス中に導電ネットワークが形成されにくいため、充分な導電性が得られない。ここで、所望の導電性を発現させるために、導電材を大量に配合すると、エラストマーが本来有している柔軟性が損なわれ、マトリクスの伸びが小さくなる。したがって、導電材料において、柔軟性と導電性を両立させるためには、マトリクス中に導電材をできるだけ均一に分散させる必要がある。
【０００７】
例えば特許文献２に記載されているように、分散剤を配合することにより、マトリクスにおける導電材の分散性を、向上させることができる。しかしながら、分散剤には、速やかに拡散して導電材に吸着し、導電材同士の会合を抑制することが求められる。このため、分散剤の多くは分子量が小さい。したがって、分散剤を配合すると、マトリクスの引張強さや伸びが低下してしまう。また、分散剤とマトリクスとの相溶性が悪いと、分散剤がブリードアウトして、マトリクス表面の性状を損なうおそれがある。これにより、相手材に対する接着性が低下したり、分散剤が相手材に移行して、相手材を汚染するおそれがある。
【０００８】
一方、分散剤を配合しない場合、導電材と親和性の高いポリマーをマトリクスとすることにより、導電材の凝集を、ある程度は抑制することができる。しかし、導電材と親和性の高いポリマーには、極性基が導入されている場合が多い。これにより、当該ポリマーの引張強さや伸びが犠牲になる。また、導電材を、極性の高い溶剤（例えば、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ））に分散させた状態で配合することにより、導電材の分散性を向上させることができる。しかし、高極性の溶剤は、沸点が高いため、留去しにくい。また、高極性の溶剤は、低極性のポリマーを溶解できないため、マトリクスに使用できるポリマーの種類が、限定されてしまう。
【０００９】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、導電材の分散性が良好で、柔軟性および導電性に優れた柔軟導電材料を提供することを課題とする。また、柔軟性および導電性に優れた電極、配線、および電磁波シールドを提供することを課題とする。さらに、柔軟で耐久性に優れたトランスデューサおよびフレキシブル配線板を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）上記課題を解決するため、本発明の柔軟導電材料は、マトリクスと、該マトリクス中に分散される導電材と、を有する柔軟導電材料であって、該マトリクスは、次の一般式（１）〜（４）で表されるポリマーから選ばれる一種以上であり該導電材の分散機能を有する第一ポリマーと、該第一ポリマーと架橋可能な第二ポリマーと、が架橋されてなることを特徴とする柔軟導電材料。
［式（１）〜（４）中、Ｘは第二ポリマーと架橋可能な置換基、Ｙは導電材と親和性を有する官能基、構成単位Ａ、Ｂ、Ｃは、各々、アクリル酸、メタクリル酸、およびこれらの塩、エステル、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ウレタンプレポリマー、ポリエーテル、ポリエーテルアミン、ポリアミン、ポリオール、ポリチオールから選ばれる一種、ｌ、ｍ、ｎは１以上の整数。］
【化１】
【化２】
【化３】
【化４】
【００１１】
本発明の柔軟導電材料において、第一ポリマーは、導電材の分散機能を有する。したがって、第一ポリマーと第二ポリマーとを架橋させることにより、両ポリマーの物性を生かしつつ、導電材の分散性が向上したマトリクスを形成することができる。これにより、分散剤を配合しなくても、導電材の分散性が良好な柔軟導電材料を実現することができる（但し、本発明の柔軟導電材料においては、分散剤の配合を排除するものではない）。したがって、本発明の柔軟導電材料によると、分散剤のブリードアウトによる問題が生じにくい。また、マトリクスの物性として必要な引張強さや伸びについても、確保することができる。
【００１２】
本発明の柔軟導電材料においては、導電材が凝集しにくい。このため、凝集部分を起点とするマトリクスの破壊が生じにくい。また、導電材による導電ネットワークが形成されやすいため、導電材を多量に配合しなくても、高い導電性を実現することができる。つまり、本発明の柔軟導電材料によると、柔軟性と導電性とを両立することができる。また、導電材は、両ポリマーの架橋による網目構造に固定される。これにより、伸縮を繰返した場合でも、導電材が移動しにくく、マトリクスから剥離しにくい。したがって、伸縮時の電気抵抗の増加も抑制される。
【００１３】
なお、特許文献３には、溶媒に固体微粒子を分散させるための高分子分散剤が、開示されている。しかし、当該高分子分散剤は、重合開始剤の存在下で自身が架橋するだけであり、本発明の第一ポリマーのように、他のポリマーと架橋してマトリクスを構成するものではない。
【００１４】
（２）本発明の電極は、上記本発明の柔軟導電材料からなる。したがって、本発明の電極は、柔軟で、所望の引張強さ、伸びを有すると共に、高い導電性を有する。また、本発明の電極においては、導電材が凝集しにくいため、凝集部分を起点とする破壊が生じにくい。さらに、伸縮を繰返しても、電気抵抗が増加しにくい。このため、使用時において、電極の電気抵抗の増加による、素子性能の低下が小さい。また、上記本発明の柔軟導電材料においては、分散剤が配合されていないか、配合されていても少量である。よって、本発明の電極においても、分散剤のブリードアウトによる問題は、生じにくい。
【００１５】
（３）本発明の配線は、上記本発明の柔軟導電材料からなる。したがって、本発明の配線は、柔軟で、所望の引張強さ、伸びを有すると共に、高い導電性を有する。また、本発明の配線においては、導電材が凝集しにくいため、凝集部分を起点とする破壊が生じにくい。さらに、伸縮を繰返しても、電気抵抗が増加しにくい。このため、使用時において、配線の電気抵抗の増加による、素子性能の低下が小さい。また、上記本発明の電極と同様、本発明の配線においても、分散剤のブリードアウトによる問題は、生じにくい。
【００１６】
（４）本発明の電磁波シールドは、上記本発明の柔軟導電材料からなる。本発明の電磁波シールドは、例えば、本発明の柔軟導電材料を構成するポリマー材料や導電材等の原料を所定の溶剤に溶解した塗料から、形成することができる。また、溶剤を用いずに、原料を混練した混練物をプレス成形や押出成形して、形成することができる。したがって、形状の制約が少なく、電磁波を遮蔽したい様々な部位へ、容易に配置することができる。
【００１７】
また、本発明の電磁波シールドは、柔軟で、所望の引張強さ、伸びを有すると共に、高い導電性を有する。また、本発明の電磁波シールドにおいては、導電材が凝集しにくいため、凝集部分を起点とする破壊が生じにくい。さらに、伸縮を繰返しても、電気抵抗が増加しにくい。このため、伸縮性を有する部材に使用しても、シールド性能が低下しにくい。また、上記本発明の電極等と同様、本発明の電磁波シールドにおいても、分散剤のブリードアウトによる問題は、生じにくい。
【００１８】
（５）本発明のトランスデューサは、エラストマーまたは樹脂製の誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、複数の該電極と各々接続されている配線と、を備え、該電極および該配線の少なくとも一方は、上記本発明の柔軟導電材料からなる。
【００１９】
トランスデューサは、ある種類のエネルギーを他の種類のエネルギーに変換する装置である。トランスデューサには、機械エネルギーと電気エネルギーとの変換を行うアクチュエータ、センサ、発電素子等、あるいは音響エネルギーと電気エネルギーとの変換を行うスピーカ、マイクロフォン等が含まれる。
【００２０】
本発明のトランスデューサによると、電極および配線の少なくとも一方が、上記本発明の柔軟導電材料からなる。本発明の柔軟導電材料から形成された電極、配線は、柔軟で、所望の引張強さ、伸びを有すると共に、高い導電性を有する。このため、本発明のトランスデューサによると、誘電膜の動きが、電極や配線により規制されにくい。また、伸縮を繰り返しても、電極や配線において破壊が生じにくく、電気抵抗が増加しにくい。また、分散剤のブリードアウトによる問題も、生じにくい。このため、本発明のトランスデューサにおいては、電極や配線に起因した性能の低下が生じにくい。また、本発明のトランスデューサは、耐久性に優れる。
【００２１】
（６）本発明のフレキシブル配線板は、弾性基材と、該弾性基材の表面に配置されている配線と、を備え、配線の少なくとも一部は、上記本発明の柔軟導電材料からなることを特徴とする。
【００２２】
本発明のフレキシブル配線板においては、弾性基材の変形に追従して配線が伸縮する。ここで、配線の少なくとも一部は、上記本発明の柔軟導電材料からなる。本発明の柔軟導電材料から形成された配線は、柔軟で、所望の引張強さ、伸びを有すると共に、高い導電性を有する。また、伸縮を繰返しても、電気抵抗が増加しにくい。さらに、分散剤のブリードアウトによる問題も、生じにくい。したがって、本発明のフレキシブル配線板においては、伸縮しても性能が低下しにくい。また、本発明のフレキシブル配線板は、耐久性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のトランスデューサの第一実施形態であるアクチュエータの断面模式図であって、（ａ）は電圧オフ状態、（ｂ）は電圧オン状態を示す。
【図２】本発明のトランスデューサの第二実施形態である静電容量型センサの上面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】本発明のトランスデューサの第三実施形態である発電素子の断面模式図であって、（ａ）は伸長時、（ｂ）は収縮時を示す。
【図５】本発明のトランスデューサの第四実施形態であるスピーカの斜視図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】本発明のフレキシブル配線板の上面透過図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下にまず、本発明の柔軟導電材料の実施の形態について説明する。次に、本発明の電極、配線、トランスデューサ、フレキシブル配線板、および電磁波シールドの実施の形態について説明する。なお、本発明の柔軟導電材料、電極、配線、トランスデューサ、フレキシブル配線板、および電磁波シールドは、以下の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【００２５】
＜柔軟導電材料＞
本発明の柔軟導電材料は、マトリクスと、該マトリクス中に分散される導電材と、を有する。マトリクスは、第一ポリマーと、第二ポリマーと、が架橋されてなる。第一ポリマーは、導電材の分散機能を有すると共に、第二ポリマーと架橋可能である。第一ポリマーは、上記式（１）〜（４）で表されるポリマーから選ばれる一種以上からなる。
【００２６】
上記式（１）〜（４）中、Ｘは、第二ポリマーと架橋可能な置換基である。具体的には、ヒドロキシル基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、およびシラノール基が挙げられる。Ｘは、これらの置換基から選ばれる一種以上であればよい。例えば、一つのポリマーにおいて、異種の置換基を有していてもよい。
【００２７】
Ｙは、導電材と親和性を有する官能基である。当該官能基Ｙを有することにより、マトリクスにおける導電材の濡れ性や分散性が向上する。具体的には、アミノ基や四級アンモニウム塩が挙げられる。
【００２８】
構成単位Ａ、Ｂ、Ｃは、各々、アクリル酸、メタクリル酸、およびこれらの塩、エステル、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ウレタンプレポリマー、ポリエーテル、ポリエーテルアミン、ポリアミン、ポリオール、ポリチオールから選ばれる一種である。Ａ、Ｂ、Ｃは、同じでも、異なっていてもよい。また、式（３）においては、Ａ、Ｂ、Ｃの並び順は限定されない。すなわち、Ａ、Ｂ、Ｃがランダムに配置されていてもよい。
【００２９】
上記式（１）〜（４）で表されるポリマーの質量平均分子量は、５００以上３００万以下であることが望ましい。好適には、１０００以上である。ポリマーの質量平均分子量が５００未満の場合、第二ポリマーと架橋しても、三次元網目構造を充分形成することができない。よって、マトリクスにおいて所望の引張強さ、伸びが得られない。反対に、ポリマーの質量平均分子量が３００万以上になると、粘度が大きくなる。このため、例えば電極等を形成する際に、塗料化しにくくなる。
【００３０】
第二ポリマーは、第一ポリマーと架橋可能なポリマーであれば、特に限定されない。第二ポリマーは、一種のポリマーを単独で用いてもよく、二種以上のポリマーを混合して用いてもよい。例えば、例えば、ガラス転移温度（Ｔｇ）が０℃以下のゴムポリマーを用いることが望ましい。Ｔｇが０℃以下のゴムは、常温でゴム状弾性を有し、柔軟性が高い。また、Ｔｇが低くなると、結晶性が低下するため、ゴムの切断時伸び（Ｅｂ）が大きくなる。つまり、より伸長しやすくなる。このような観点から、Ｔｇが−２０℃以下、さらには−３５℃以下のゴムポリマーが好適である。例えば、アクリルゴムポリマー、ヒドリンゴムポリマー、ウレタンゴムポリマーが好適である。なかでも、アクリルゴムは、結晶性が低く分子間力が弱いため、他のゴムと比較してＴｇが低い。よって、柔軟で伸びがよく、トランスデューサの電極等に好適である。
【００３１】
また、第二ポリマーは、導電材との親和性が高いことが望ましい。加えて、第一ポリマーと架橋反応しやすいことが望ましい。例えば、エポキシ基は、カーボンブラックに対する親和性が高く、第一ポリマーに含有される置換基Ｘとの反応性も高い。このため、導電材としてカーボンブラックを用いる場合には、第二ポリマーとして、エポキシ基を有するポリマーが好適である。
【００３２】
導電材の分散性を向上させるためには、第一ポリマーの配合量を多くする方がよい。一方、マトリクスの柔軟性を向上させるためには、第一ポリマーの配合量を少なくする方がよい。したがって、導電材の分散性とマトリクスの柔軟性とを両立できるように、第一ポリマーの配合量を決定すればよい。例えば、第一ポリマーの配合量を、柔軟導電材料の全体を１００質量％とした場合の５質量％以上９０質量％以下にすることが望ましい。また、マトリクスの引張強さ、伸び等を考慮した場合には、第一ポリマーの配合量を、６０質量％以下とすることが望ましい。
【００３３】
導電材の種類は、特に限定されない。カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラファイト等の炭素材料、銀、金、銅、ニッケル、ロジウム、パラジウム、クロム、チタン、白金、鉄、およびこれらの合金等の金属粉末等から、適宜選択すればよい。導電材は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。なかでも、カーボンブラックやカーボンナノチューブは、伸長時における導電性の変化が小さいため、好適である。
【００３４】
また、金属以外の粒子の表面を金属で被覆した被覆粒子を使用してもよい。この場合、金属だけで構成する場合と比較して、導電材の比重を小さくすることができる。よって、塗料化した場合に、導電材の沈降が抑制されて、分散性が向上する。また、粒子を加工することにより、様々な形状の導電材を容易に製造することができる。また、導電材のコストを低減することができる。被覆する金属としては、先に列挙した銀等の金属材料を用いればよい。また、金属以外の粒子としては、カーボンブラック等の炭素材料、炭酸カルシウム、二酸化チタン、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム等の金属酸化物、シリカ等の無機物、アクリルやウレタン等の樹脂等を用いればよい。
【００３５】
導電材の配合量は、導電性と柔軟性とを両立できるように、適宜決定すればよい。例えば、電極としての導電性を確保するという観点から、導電材の配合量は、柔軟導電材料の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の５ｖｏｌ％以上であることが望ましい。１０ｖｏｌ％以上であるとより好適である。一方、導電材の配合量が多くなると柔軟性が低下する。このため、導電材の配合量は、柔軟導電材料の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の５０ｖｏｌ％以下であることが望ましい。２５ｖｏｌ％以下であるとより好適である。
【００３６】
本発明の柔軟導電材料は、例えば、第一ポリマー、第二ポリマー、および導電材を含む架橋前組成物を、ニーダー、バンバリーミキサー等の加圧式混練機、二本ロール等を用いて混練した後、金型成形や押出成形して製造することができる。あるいは、次のようにして製造してもよい。まず、第一ポリマーおよび第二ポリマーを溶剤に溶解する。次に、当該溶液に導電材を添加し、攪拌、混合して塗料（架橋前組成物）を調製する。そして、調製した塗料を基材等に塗布し、塗膜を加熱して乾燥させると共に、架橋反応を進行させる。
【００３７】
ここで、架橋前組成物は、両ポリマー、導電材の他、必要に応じて分散剤、補強剤、可塑剤、老化防止剤、着色剤等の添加剤を含んでいてもよい。また、塗料の塗布方法としては、既に公知の種々の方法を採用することができる。例えば、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、パッド印刷、リソグラフィー等の印刷法の他、ディップ法、スプレー法、バーコート法等が挙げられる。例えば、印刷法を採用すると、塗布する部分と塗布しない部分との塗り分けを、容易に行うことができる。また、大きな面積、細線、複雑な形状の印刷も容易である。印刷法の中でも、高粘度の塗料が使用でき、塗膜厚さの調整が容易であるという理由から、スクリーン印刷法が好適である。
【００３８】
＜電極、配線、トランスデューサ＞
本発明のトランスデューサは、エラストマーまたは樹脂製の誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、複数の該電極と各々接続されている配線と、を備える。本発明のトランスデューサは、誘電膜と電極とを交互に積層させた積層構造を有していてもよい。
【００３９】
誘電膜は、エラストマーまたは樹脂からなる。なかでも、比誘電率の高いエラストマーを用いることが望ましい。具体的には、常温における比誘電率（１００Ｈｚ）が２以上、さらには５以上のエラストマーが望ましい。例えば、エステル基、カルボキシル基、水酸基、ハロゲン基、アミド基、スルホン基、ウレタン基、ニトリル基等の極性官能基を有するエラストマー、あるいは、これらの極性官能基を有する極性低分子量化合物を添加したエラストマーを採用するとよい。好適なエラストマーとしては、シリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリルゴム、ウレタンゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン等が挙げられる。なお、「エラストマーまたは樹脂製」とは、誘電膜のベース材料が、エラストマーまたは樹脂であることを意味する。よって、エラストマーまたは樹脂成分の他に、添加剤等の他の成分を含んでいても構わない。
【００４０】
誘電膜の厚さは、トランスデューサの用途等に応じて適宜決定すればよい。例えば、アクチュエータの場合、小型化、低電位駆動化、および変位量を大きくする等の観点から、誘電膜の厚さは薄い方が望ましい。この場合、絶縁破壊性等をも考慮して、誘電膜の厚さを、１μｍ以上１０００μｍ（１ｍｍ）以下とすることが望ましい。５μｍ以上２００μｍ以下とすると、より好適である。
【００４１】
電極および配線の少なくとも一方は、上記本発明の柔軟導電材料からなる。本発明の柔軟導電材料の構成、および製造方法については、上述した通りである。よって、ここでは説明を割愛する。また、本発明のトランスデューサの電極、配線においても、上述した本発明の柔軟導電材料の好適な態様を採用することが望ましい。以下、本発明のトランスデューサの例として、アクチュエータ、静電容量型センサ、発電素子、およびスピーカの実施形態を説明する。なお、以下の実施形態において、本発明の電極、配線の実施形態についても併せて説明する。
【００４２】
［第一実施形態］
本発明のトランスデューサの第一例として、アクチュエータの実施形態を説明する。図１に、本実施形態のアクチュエータの断面模式図を示す。（ａ）は電圧オフ状態、（ｂ）は電圧オン状態を各々示す。
【００４３】
図１に示すように、アクチュエータ１は、誘電膜１０と、電極１１ａ、１１ｂと、配線１２ａ、１２ｂと、を備えている。誘電膜１０は、シリコーンゴム製である。電極１１ａは、誘電膜１０の上面の略全体を覆うように、配置されている。同様に、電極１１ｂは、誘電膜１０の下面の略全体を覆うように、配置されている。電極１１ａ、１１ｂは、各々、配線１２ａ、１２ｂを介して電源１３に接続されている。電極１１ａ、１１ｂは、本発明の柔軟導電材料からなる。
【００４４】
オフ状態からオン状態に切り替える際は、一対の電極１１ａ、１１ｂ間に電圧を印加する。電圧の印加により、誘電膜１０の厚さは薄くなり、その分だけ、図１（ｂ）中白抜き矢印で示すように、電極１１ａ、１１ｂ面に対して平行方向に伸長する。これにより、アクチュエータ１は、図中上下方向および左右方向の駆動力を出力する。
【００４５】
本実施形態によると、電極１１ａ、１１ｂは、柔軟で、所望の引張強さ、伸びを有すると共に、高い導電性を有する。このため、誘電膜１０の動きが、電極１１ａ、１１ｂにより規制されにくい。よって、アクチュエータ１によると、大きな力および変位量を得ることができる。また、電極１１ａ、１１ｂにおいては、導電材の分散性が良好である。このため、伸縮を繰り返しても、電極１１ａ、１１ｂが破壊しにくい。また、導電材は、マトリクスの網目構造に固定されている。このため、伸縮を繰り返しても、電気抵抗が増加しにくい。さらに、分散剤のブリードアウトによる問題も、生じにくい。したがって、アクチュエータ１においては、電極１１ａ、１１ｂに起因した性能の低下が生じにくい。また、アクチュエータ１は、耐久性に優れる。
【００４６】
［第二実施形態］
本発明のトランスデューサの第二例として、静電容量型センサの実施形態を説明する。まず、本実施形態の静電容量型センサの構成について説明する。図２に、静電容量型センサの上面図を示す。図３に、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図を示す。図２、図３に示すように、静電容量型センサ２は、誘電膜２０と、一対の電極２１ａ、２１ｂと、配線２２ａ、２２ｂと、カバーフィルム２３ａ、２３ｂと、を備えている。
【００４７】
誘電膜２０は、Ｈ−ＮＢＲ製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。誘電膜２０の厚さは、約３００μｍである。
【００４８】
電極２１ａは、長方形状を呈している。電極２１ａは、誘電膜２０の上面に、スクリーン印刷により三つ形成されている。同様に、電極２１ｂは、長方形状を呈している。電極２１ｂは、誘電膜２０を挟んで電極２１ａと対向するように、誘電膜２０の下面に三つ形成されている。電極２１ｂは、誘電膜２０の下面に、スクリーン印刷されている。このように、誘電膜２０を挟んで、電極２１ａ、２１ｂが三対配置されている。電極２１ａ、２１ｂは、本発明の柔軟導電材料からなる。
【００４９】
配線２２ａは、誘電膜２０の上面に形成された電極２１ａの一つ一つに、それぞれ接続されている。配線２２ａにより、電極２１ａとコネクタ２４とが結線されている。配線２２ａは、誘電膜２０の上面に、スクリーン印刷により形成されている。同様に、配線２２ｂは、誘電膜２０の下面に形成された電極２１ｂの一つ一つに、それぞれ接続されている（図２中、点線で示す）。配線２２ｂにより、電極２１ｂとコネクタ（図略）とが結線されている。配線２２ｂは、誘電膜２０の下面に、スクリーン印刷により形成されている。配線２２ａ、２２ｂは、本発明の柔軟導電材料からなる。
【００５０】
カバーフィルム２３ａは、アクリルゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。カバーフィルム２３ａは、誘電膜２０、電極２１ａ、配線２２ａの上面を覆っている。同様に、カバーフィルム２３ｂは、アクリルゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。カバーフィルム２３ｂは、誘電膜２０、電極２１ｂ、配線２２ｂの下面を覆っている。
【００５１】
次に、静電容量型センサ２の動きについて説明する。例えば、静電容量型センサ２が上方から押圧されると、誘電膜２０、電極２１ａ、カバーフィルム２３ａは一体となって、下方に湾曲する。圧縮により、誘電膜２０の厚さは小さくなる。その結果、電極２１ａ、２１ｂ間のキャパシタンスは大きくなる。このキャパシタンス変化により、圧縮による変形が検出される。
【００５２】
次に、本実施形態の静電容量型センサ２の作用効果について説明する。本実施形態によると、電極２１ａ、２１ｂおよび配線２２ａ、２２ｂは、柔軟で、所望の引張強さ、伸びを有すると共に、高い導電性を有する。このため、誘電膜２０の動きが、電極２１ａ、２１ｂおよび配線２２ａ、２２ｂにより、規制されにくい。また、導電材は、マトリクスの網目構造に固定されている。このため、伸縮を繰り返しても、電気抵抗が増加しにくい。したがって、静電容量型センサ２の応答性は良好である。また、電極２１ａ、２１ｂおよび配線２２ａ、２２ｂにおいては、導電材の分散性が良好である。このため、伸縮を繰り返しても、電極２１ａ、２１ｂおよび配線２２ａ、２２ｂが破壊しにくい。さらに、分散剤のブリードアウトによる問題も、生じにくい。したがって、静電容量型センサ２は耐久性に優れる。なお、本実施形態の静電容量型センサ２には、誘電膜２０を狭んで対向する電極２１ａ、２１ｂが、三対形成されている。しかし、電極の数、大きさ、形状、配置等は、用途に応じて、適宜決定すればよい。
【００５３】
［第三実施形態］
本発明のトランスデューサの第三例として、発電素子の実施形態を説明する。図４に、本実施形態における発電素子の断面模式図を示す。（ａ）は伸長時、（ｂ）は収縮時を各々示す。
【００５４】
図４に示すように、発電素子３は、誘電膜３０と、電極３１ａ、３１ｂと、配線３２ａ〜３２ｃと、を備えている。誘電膜３０は、Ｈ−ＮＢＲ製である。電極３１ａは、誘電膜３０の上面の略全体を覆うように、配置されている。同様に、電極３１ｂは、誘電膜３０の下面の略全体を覆うように、配置されている。電極３１ａには、配線３２ａ、３２ｂが接続されている。すなわち、電極３１ａは、配線３２ａを介して、外部負荷（図略）に接続されている。また、電極３１ａは、配線３２ｂを介して、電源（図略）に接続されている。電極３１ｂは、配線３２ｃにより接地されている。電極３１ａ、３１ｂは、本発明の柔軟導電材料からなる。
【００５５】
図４（ａ）中白抜き矢印で示すように、発電素子３を圧縮し、誘電膜３０を電極３１ａ、３１ｂ面に対して平行方向に伸長すると、誘電膜３０の膜厚は薄くなり、電極３１ａ、３１ｂ間に電荷が蓄えられる。その後、圧縮力を除去すると、図４（ｂ）に示すように、誘電膜３０の弾性復元力により誘電膜３０は収縮し、膜厚が厚くなる。その際、蓄えられた電荷が配線３２ａを通して放出される。
【００５６】
本実施形態によると、電極３１ａ、３１ｂは、柔軟で、所望の引張強さ、伸びを有すると共に、高い導電性を有する。このため、誘電膜３０の動きが、電極３１ａ、３１ｂにより規制されにくい。また、電極３１ａ、３１ｂにおいては、導電材の分散性が良好である。このため、伸縮を繰り返しても、電極３１ａ、３１ｂが破壊しにくい。また、導電材は、マトリクスの網目構造に固定されている。このため、伸縮を繰り返しても、電気抵抗が増加しにくい。さらに、分散剤のブリードアウトによる問題も、生じにくい。したがって、発電素子３においては、電極３１ａ、３１ｂに起因した性能の低下が生じにくい。また、発電素子３は、耐久性に優れる。
【００５７】
［第四実施形態］
本発明のトランスデューサの第四例として、スピーカの実施形態を説明する。まず、本実施形態のスピーカの構成について説明する。図５に、本実施形態のスピーカの斜視図を示す。図６に、図５のＶＩ−ＶＩ断面図を示す。図５、図６に示すように、スピーカ４は、第一アウタフレーム４０ａと、第一インナフレーム４１ａと、第一誘電膜４２ａと、第一アウタ電極４３ａと、第一インナ電極４４ａと、第一振動板４５ａと、第二アウタフレーム４０ｂと、第二インナフレーム４１ｂと、第二誘電膜４２ｂと、第二アウタ電極４３ｂと、第二インナ電極４４ｂと、第二振動板４５ｂと、八つのボルト４６０と、八つのナット４６１と、八つのスペーサ４６２と、を備えている。
【００５８】
第一アウタフレーム４０ａ、第一インナフレーム４１ａは、各々、樹脂製であって、リング状を呈している。第一誘電膜４２ａは、Ｈ−ＮＢＲ製であり、円形の薄膜状を呈している。第一誘電膜４２ａは、第一アウタフレーム４０ａと第一インナフレーム４１ａとの間に張設されている。すなわち、第一誘電膜４２ａは、表側の第一アウタフレーム４０ａと裏側の第一インナフレーム４１ａとにより、所定の張力を確保した状態で、挟持、固定されている。第一振動板４５ａは、樹脂製であって、円板状を呈している。第一振動板４５ａは、第一誘電膜４２ａよりも小径である。第一振動板４５ａは、第一誘電膜４２ａの表面の略中央に配置されている。
【００５９】
第一アウタ電極４３ａは、リング状を呈している。第一アウタ電極４３ａは、第一誘電膜４２ａの表面に貼着されている。第一インナ電極４４ａも、リング状を呈している。第一インナ電極４４ａは、第一誘電膜４２ａの裏面に貼着されている。第一アウタ電極４３ａと第一インナ電極４４ａとは、第一誘電膜４２ａを挟んで、表裏方向に背向している。第一アウタ電極４３ａと第一インナ電極４４ａとは、いずれも、本発明の柔軟導電材料からなる。また、図６に示すように、第一アウタ電極４３ａは、端子４３０ａを備えている。第一インナ電極４４ａは、端子４４０ａを備えている。端子４３０ａ、４４０ａには、外部から電圧が印加される。
【００６０】
第二アウタフレーム４０ｂ、第二インナフレーム４１ｂ、第二誘電膜４２ｂ、第二アウタ電極４３ｂ、第二インナ電極４４ｂ、第二振動板４５ｂ（以下、「第二部材」と総称する。）の構成、材質、形状は、上記第一アウタフレーム４０ａ、第一インナフレーム４１ａ、第一誘電膜４２ａ、第一アウタ電極４３ａ、第一インナ電極４４ａ、第一振動板４５ａ（以下、「第一部材」と総称する。）の構成、材質、形状と、同様である。また、第二部材の配置は、上記第一部材の配置と、表裏方向に対称である。簡単に説明すると、第二誘電膜４２ｂは、Ｈ−ＮＢＲ製であり、第二アウタフレーム４０ｂと第二インナフレーム４１ｂとの間に張設されている。第二振動板４５ｂは、第二誘電膜４２ｂの表面の略中央に配置されている。第二アウタ電極４３ｂは、第二誘電膜４２ｂの表面に印刷されている。第二インナ電極４４ｂは、第二誘電膜４２ｂの裏面に印刷されている。第二アウタ電極４３ｂと第二インナ電極４４ｂとは、いずれも、本発明の柔軟導電材料からなる。第二アウタ電極４３ｂの端子４３０ｂ、第二インナ電極４４ｂの端子４４０ｂには、外部から電圧が印加される。
【００６１】
第一部材と第二部材とは、八つのボルト４６０、八つのナット４６１により、八つのスペーサ４６２を介して、固定されている。「ボルト４６０−ナット４６１−スペーサ４６２」のセットは、スピーカ４の周方向に所定間隔ずつ離間して配置されている。ボルト４６０は、第一アウタフレーム４０ａ表面から第二アウタフレーム４０ｂ表面までを貫通している。ナット４６１は、ボルト４６０の貫通端に螺着されている。スペーサ４６２は、樹脂製であって、ボルト４６０の軸部に環装されている。スペーサ４６２は、第一インナフレーム４１ａと第二インナフレーム４１ｂとの間に、所定の間隔を確保している。第一誘電膜４２ａの中央部裏面（第一振動板４５ａが配置されている部分の裏側）と、第二誘電膜４２ｂの中央部裏面（第二振動板４５ｂが配置されている部分の裏側）と、は接合されている。このため、第一誘電膜４２ａには、図６に白抜き矢印Ｙ１ａで示す方向に、付勢力が蓄積されている。また、第二誘電膜４２ｂには、図６に白抜き矢印Ｙ１ｂで示す方向に、付勢力が蓄積されている。
【００６２】
次に、本実施形態のスピーカの動きについて説明する。端子４３０ａ、４４０ａと端子４３０ｂ、４４０ｂとを介して、第一アウタ電極４３ａおよび第一インナ電極４４ａと、第二アウタ電極４３ｂおよび第二インナ電極４４ｂと、には、初期状態（オフセット状態）において、所定の電圧（オフセット電圧）が印加されている。スピーカ４の動作時には、端子４３０ａ、４４０ａと端子４３０ｂ、４４０ｂとに、逆位相の電圧が印加される。 例えば、端子４３０ａ、４４０ａに、オフセット電圧＋１Ｖが印加されると、第一誘電膜４２ａのうち、第一アウタ電極４３ａと第一インナ電極４４ａとの間に配置されている部分の膜厚が薄くなる。並びに、当該部分が径方向に伸長する。これと同時に、端子４３０ｂ、４４０ｂに逆位相の電圧（オフセット電圧−１Ｖ）が印加される。すると、第二誘電膜４２ｂのうち、第二アウタ電極４３ｂと第二インナ電極４４ｂとの間に配置されている部分の膜厚が厚くなる。並びに当該部分が径方向に収縮する。これにより、第二誘電膜４２ｂは、第一誘電膜４２ａを引っ張りながら、図６に白抜き矢印Ｙ１ｂで示す方向に、自身の付勢力により弾性変形する。反対に、端子４３０ｂ、４４０ｂにオフセット電圧＋１Ｖが印加され、端子４３０ａ、４４０ａに逆位相の電圧（オフセット電圧−１Ｖ）が印加されると、第一誘電膜４２ａは、第二誘電膜４２ｂを引っ張りながら、図６に白抜き矢印Ｙ１ａで示す方向に、自身の付勢力により弾性変形する。このようにして、第一振動板４５ａ、第二振動板４５ｂを振動させることにより空気を振動させ、音声を発生させる。
【００６３】
次に、本実施形態のスピーカ４の作用効果について説明する。本実施形態によると、第一アウタ電極４３ａ、第一インナ電極４４ａ、第二アウタ電極４３ｂ、および第二インナ電極４４ｂ（以下適宜、「電極４３ａ、４４ａ、４３ｂ、４４ｂ」と称す）は、柔軟で、所望の引張強さ、伸びを有すると共に、高い導電性を有する。このため、第一誘電膜４２ａ、第二誘電膜４２ｂの動きが、電極４３ａ、４４ａ、４３ｂ、４４ｂにより規制されにくい。よって、スピーカ４の応答性は、低周波領域においても良好である。また、電極４３ａ、４４ａ、４３ｂ、４４ｂにおいては、導電材の分散性が良好である。このため、伸縮を繰り返しても、電極４３ａ、４４ａ、４３ｂ、４４ｂが破壊しにくい。また、導電材は、マトリクスの網目構造に固定されている。このため、伸縮を繰り返しても、電気抵抗が増加しにくい。さらに、分散剤のブリードアウトによる問題も、生じにくい。したがって、スピーカ４においては、電極４３ａ、４４ａ、４３ｂ、４４ｂに起因した性能の低下が生じにくい。また、スピーカ４は、耐久性に優れる。
【００６４】
＜フレキシブル配線板＞
本発明のフレキシブル配線板は、弾性基材と、該弾性基材の表面に配置されている配線と、を備える。弾性基材の材質は、特に限定されない。例えば、伸縮性を有する材料として、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴム、フッ素ゴム、クロロプレンゴム、イソブチレンイソプレンゴム、各種の熱可塑性エラストマー等が挙げられる。
【００６５】
配線の少なくとも一部は、本発明の柔軟導電材料からなる。本発明の柔軟導電材料の構成、および製造方法については、上述した通りである。よって、ここでは説明を割愛する。また、本発明のフレキシブル配線板においても、上述した本発明の柔軟導電材料の好適な態様を採用することが望ましい。以下、本発明のフレキシブル配線板の一実施形態を説明する。
【００６６】
まず、本実施形態のフレキシブル配線板の構成について説明する。図７に、本実施形態のフレキシブル配線板の上面透過図を示す。なお、図７中、裏側の電極、配線については細線で示す。図７に示すように、フレキシブル配線板５は、弾性基材５０と、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘと、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙと、表側配線０１ｘ〜１６ｘと、裏側配線０１ｙ〜１６ｙと、表側配線用コネクタ５１と、裏側配線用コネクタ５２と、を備えている。
【００６７】
弾性基材５０は、ウレタンゴム製であって、シート状を呈している。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘは、弾性基材５０の上面に、合計１６本配置されている。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘは、各々、帯状を呈している。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘは、各々、Ｘ方向（左右方向）に延在している。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘは、Ｙ方向（前後方向）に、所定間隔ごとに離間して、互いに略平行になるように、配置されている。同様に、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、弾性基材５０の下面に、合計１６本配置されている。裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、各々、帯状を呈している。裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、各々、Ｙ方向に延在している。裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、Ｘ方向に、所定間隔ごとに離間して、互いに略平行になるように、配置されている。図７にハッチングで示すように、弾性基材５０を挟んで、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘと裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙとが交差する部分（重複する部分）により、荷重等を検出する検出部が形成されている。
【００６８】
表側配線０１ｘ〜１６ｘは、弾性基材５０の上面に、合計１６本配置されている。表側配線０１ｘ〜１６ｘは、各々、線状を呈している。表側配線０１ｘ〜１６ｘは、本発明の柔軟導電材料からなる。表側配線用コネクタ５１は、弾性基材５０の左後隅に配置されている。表側配線０１ｘ〜１６ｘは、各々、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘの左端と、表側配線用コネクタ５１と、を接続している。また、弾性基材５０の上面、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、表側配線０１ｘ〜１６ｘは、上方から、表側カバーフィルム（図略）により覆われている。
【００６９】
裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、弾性基材５０の下面に、合計１６本配置されている。裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、各々、線状を呈している。裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、本発明の柔軟導電材料からなる。裏側配線用コネクタ５２は、弾性基材５０の左前隅に配置されている。裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、各々、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙの前端と、裏側配線用コネクタ５２と、を接続している。また、弾性基材５０の下面、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙ、裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、下方から、裏側カバーフィルム（図略）により覆われている。
【００７０】
表側配線用コネクタ５１、裏側配線用コネクタ５２には、各々、演算部（図略）が電気的に接続されている。演算部には、表側配線０１ｘ〜１６ｘおよび裏側配線０１ｙ〜１６ｙから、検出部におけるインピーダンスが入力される。これに基づいて、面圧分布が測定される。
【００７１】
次に、本実施形態のフレキシブル配線板５の作用効果について説明する。本実施形態によると、表側配線０１ｘ〜１６ｘおよび裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、各々、柔軟で、所望の引張強さ、伸びを有すると共に、高い導電性を有する。このため、表側配線０１ｘ〜１６ｘおよび裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、弾性基材５０の変形に追従して変形することができる。また、導電材は、マトリクスの網目構造に固定されている。このため、伸縮を繰り返しても、電気抵抗が増加しにくい。したがって、フレキシブル配線板５は、伸縮可能な素子を電気回路に接続するのに好適である。また、表側配線０１ｘ〜１６ｘおよび裏側配線０１ｙ〜１６ｙにおいては、導電材の分散性が良好である。このため、伸縮を繰り返しても、表側配線０１ｘ〜１６ｘおよび裏側配線０１ｙ〜１６ｙが破壊しにくい。さらに、分散剤のブリードアウトによる問題も、生じにくい。したがって、フレキシブル配線板５は、耐久性に優れる。
【００７２】
＜電磁波シールド＞
本発明の電磁波シールドは、本発明の柔軟導電材料からなる。電磁波シールドは、電子機器の内部で発生した電磁波が外部に漏れるのを抑制したり、外部からの電磁波を内部へ侵入させにくくする役割を果たす。例えば、電子機器の筐体の内周面に、電磁波シールドを配置する場合には、本発明の柔軟導電材料を形成するための塗料を、電子機器の筐体の内周面に塗布し、乾燥させればよい。また、上記トランスデューサの第二実施形態として示した静電容量型センサに、電磁波シールドを配置することもできる。例えば、カバーフィルム２３ａの上面と、カバーフィルム２３ｂの下面と、を各々覆うように、電磁波シールドを配置すればよい（前出図２、図３参照）。この場合、本発明の柔軟導電材料を形成するための塗料を、カバーフィルム２３ａの上面およびカバーフィルム２３ｂの下面に塗布し、乾燥させればよい。さらに、電子機器の隙間にガスケットとして配置する場合には、本発明の柔軟導電材料を、所望の形状に成形して用いればよい。
【実施例】
【００７３】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００７４】
＜柔軟導電材料の製造＞
[実施例１]
第一ポリマーとして、下記構造式（ａ）のポリマーを用い、第二ポリマーとして、ウレタンゴムポリマー（ケムチュラ社製「ＡＤＩＰＲＥＮＥ（登録商標）ＢＬ１６」）を用いて、柔軟導電材料を製造した。構造式（ａ）のポリマーは、上記式（３）で示されるポリマーに含まれる。構造式（ａ）のポリマーの質量平均分子量は、約１５００である。
【化５】
【００７５】
まず、上記構造式（ａ）のポリマー５６質量部と、ウレタンゴムポリマー２４質量部と、を溶剤のブチルカルビトールアセテート１０００質量部に溶解し、ポリマー溶液を調製した。次に、調製したポリマー溶液に、導電材の多層カーボンナノチューブ（昭和電工（株）製「ＶＧＣＦ（登録商標）−Ｘ」）１２質量部、および導電性カーボンブラック（ライオン（株）製「カーボンＥＣＰ−６００ＪＤ」）８質量部を添加、混合して、塗料を調製した。それから、調製した塗料を、アクリル樹脂製の基材表面に、バーコート法により塗布した。そして、塗膜が形成された基材を、約１５０℃の乾燥炉内に約３０分間静置して、塗膜を乾燥させると共に、架橋反応を進行させて、薄膜状の柔軟導電材料を得た。柔軟導電材料における第一ポリマーの配合量は、５６質量％である。また、導電材の配合量は、１１ｖｏｌ％である。
【００７６】
[実施例２]
第一ポリマーとして、実施例１と同じ構造式（ａ）のポリマーを用い、第二ポリマーとして、ウレタンゴムポリマー（同上）に加えてヒドロキシル基含有アクリルゴムポリマーを用いて、柔軟導電材料を製造した。ヒドロキシル基含有アクリルゴムポリマーは、ｎ−ブチルアクリレート（９８質量％）と２−ヒドロキシエチルメタクリレート（２質量％）との共重合体である（質量分子量は９０万程度）。
【００７７】
まず、上記構造式（ａ）のポリマー１４．８１質量部と、ウレタンゴムポリマー２２．２２質量部と、ヒドロキシル基含有アクリルゴムポリマー４４．４４質量部と、をブチルカルビトールアセテート９９９．９質量部に溶解し、ポリマー溶液を調製した。次に、調製したポリマー溶液に、多層カーボンナノチューブ（同上）１１．１１質量部、および導電性カーボンブラック（同上）７．４１質量部を添加、混合して、塗料を調製した。それから、調製した塗料を、アクリル樹脂製の基材表面に、バーコート法により塗布した。そして、実施例１と同様にして、薄膜状の柔軟導電材料を得た。柔軟導電材料における第一ポリマーの配合量は、１４．８１質量％である。また、導電材の配合量は、１０ｖｏｌ％である。
【００７８】
[実施例３]
第一ポリマーとして、実施例１と同じ構造式（ａ）のポリマーを用い、第二ポリマーとして、エポキシ基含有アクリルゴムポリマー（日本ゼオン（株）製「Ｎｉｐｏｌ（登録商標）ＡＲ４２Ｗ」）を用いて、柔軟導電材料を製造した。
【００７９】
まず、上記構造式（ａ）のポリマー１０．７１質量部と、エポキシ基含有アクリルゴムポリマー７１．４３質量部と、をブチルカルビトールアセテート８９２．８質量部に溶解し、ポリマー溶液を調製した。次に、調製したポリマー溶液に、多層カーボンナノチューブ（同上）１０．７１質量部、および導電性カーボンブラック（同上）７．１４質量部を添加、混合して、塗料を調製した。それから、調製した塗料を、アクリル樹脂製の基材表面に、バーコート法により塗布した。そして、実施例１と同様にして、薄膜状の柔軟導電材料を得た。柔軟導電材料における第一ポリマーの配合量は、１０．７１質量％である。また、導電材の配合量は、１０ｖｏｌ％である。
【００８０】
[実施例４]
第一ポリマーの種類を変更し、下記構造式（ｂ）のポリマー（質量平均分子量：約６００）を用いた以外は、実施例３と同様にして、柔軟導電材料を製造した。構造式（ｂ）のポリマーは、上記式（２）で示されるポリマーに含まれる。
【化６】
【００８１】
[実施例５]
さらに、分散剤として、ポリビニルピロリドン（質量平均分子量：４万）の１０％ジメチルアセトアミド溶液を配合して、柔軟導電材料を製造した。まず、上記構造式（ａ）のポリマー７．１４質量部と、エポキシ基含有アクリルゴムポリマー（同上）７１．４３質量部と、をブチルカルビトールアセテート９２８．５質量部に溶解し、ポリマー溶液を調製した。次に、調製したポリマー溶液に、多層カーボンナノチューブ（同上）１０．７１質量部と、導電性カーボンブラック（同上）７．１４質量部と、ポリビニルピロリドンの１０％ジメチルアセトアミド溶液３．５７質量部と、を添加、混合して、塗料を調製した。それから、調製した塗料を、アクリル樹脂製の基材表面に、バーコート法により塗布した。そして、実施例１と同様にして、薄膜状の柔軟導電材料を得た。柔軟導電材料における第一ポリマーの配合量は、７．１４質量％である。また、導電材の配合量は、１０ｖｏｌ％である。
【００８２】
［比較例１］
第一ポリマーを配合せずに、柔軟導電材料を製造した。まず、エポキシ基含有アクリルゴムポリマー（同上）８０質量部を、ブチルカルビトールアセテート１０００質量部に溶解し、ポリマー溶液を調製した。次に、調製したポリマー溶液に、多層カーボンナノチューブ（同上）１２質量部、および導電性カーボンブラック（同上）８質量部を添加、混合して、塗料を調製した。それから、調製した塗料を、アクリル樹脂製の基材表面に、バーコート法により塗布した。そして、実施例１と同様にして、薄膜状の柔軟導電材料を得た。柔軟導電材料における導電材の配合量は、１１ｖｏｌ％である。
【００８３】
［比較例２］
第一ポリマーを配合せず、分散剤を配合して、柔軟導電材料を製造した。まず、エポキシ基含有アクリルゴムポリマー（同上）７１．４３質量部を、ブチルカルビトールアセテート１０００質量部に溶解し、ポリマー溶液を調製した。次に、調製したポリマー溶液に、多層カーボンナノチューブ（同上）１０．７１質量部と、導電性カーボンブラック（同上）７．１４質量部と、ポリビニルピロリドンの１０％ジメチルアセトアミド溶液１０．７１質量部と、を添加、混合して、塗料を調製した。それから、調製した塗料を、アクリル樹脂製の基材表面に、バーコート法により塗布した。そして、実施例１と同様にして、薄膜状の柔軟導電材料を得た。柔軟導電材料における導電材の配合量は、１０ｖｏｌ％である。
【００８４】
［比較例３］
溶剤の種類および配合量を変更した以外は、比較例１と同様にして、柔軟導電材料を製造した。すなわち、エポキシ基含有アクリルゴムポリマー（同上）８０質量部を、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）３００質量部、およびブチルカルビトールアセテート７００質量部の混合溶剤に溶解し、ポリマー溶液を調製した。
【００８５】
＜評価方法＞
［導電材の分散性］
調製した塗料における導電材の分散度を、ＪＩＳ Ｋ５６００−２−５（１９９９）に準じて測定した。そして、粒ゲージの読取り値が、２５μｍ以下の場合を良好（下記表１において○印で示す）、２５μｍを超えた場合を不良（同表において×印で示す）と、評価した。
【００８６】
［塗料の安定性］
調製した塗料を、室温下で１ヶ月間静置した後、目視にて観察した。そして、上澄みが生じなかった場合を良好（下記表１において○印で示す）、上澄みが生じた場合を不良（同表において×印で示す）と、評価した。
【００８７】
［導電性］
製造した柔軟導電材料の体積抵抗率を、ＪＩＳ Ｋ６２７１（２００８）の平行端子電極法に準じて測定した。この際、試験片を支持する絶縁樹脂製支持具として、市販のシリコーンゴムシート（クレハエラストマー（株）製）を用いた。
【００８８】
［柔軟性］
製造した柔軟導電材料について、ＪＩＳ Ｋ６２５１（２００４）に準じた引張試験を行った。試験片の形状は、試験片タイプ２とし、１００ｍｍ／ｍｉｎの速度で伸長した。そして、切断時伸び（Ｅｂ）を算出した。
【００８９】
＜評価結果＞
実施例および比較例の柔軟導電材料の評価結果を、原料の配合量と共に、表１に示す。表１中、原料の配合量の単位は質量部である。
【表１】
【００９０】
表１に示すように、第一ポリマーを用いなかった比較例１の柔軟導電材料においては、導電材の分散性、塗料の安定性のいずれも不良であった。これに対して、第一ポリマーを用いた実施例の柔軟導電材料においては、導電材の分散性、塗料の安定性のいずれも良好であった。なお、比較例３の柔軟導電材料においては、高極性の溶剤（ＮＭＰ）を用いることにより、導電材の分散性は向上したが、塗料の安定性は改善されなかった。また、比較例２の柔軟導電材料においては、分散剤が比較的多量に配合されているため、導電材の分散性、塗料の安定性のいずれも良好であった。
【００９１】
体積抵抗率の値から、実施例の柔軟導電材料は、高い導電性を有することが確認された。また、比較例２の柔軟導電材料においては、分散剤が比較的多量に配合されているため、切断時伸びが小さい。これに対して、実施例の柔軟導電材料においては、切断時伸びが大きくなった。ここで、実施例１〜３を比較すると、第二ポリマーの違いもあるが、第一ポリマーの配合量が少ないほど、切断時伸びが大きくなった。また、第二ポリマーの種類および配合量が同じ実施例３〜５と比較例２とを比較すると、分散剤を配合せずに第一ポリマーを用いた実施例３、４の切断時伸びは、分散剤を配合して第一ポリマーを用いなかった比較例２の切断時伸びよりも、大幅に大きくなった。なお、実施例５の柔軟導電材料においては、第一ポリマーが用いられているが、分散剤が少量配合されている。このため、実施例４の柔軟導電材料と比較して、切断時伸びが若干低下した。
【００９２】
以上より、第一ポリマーと第二ポリマーとを架橋させてマトリクスを形成することにより、導電材の分散性が良好で、柔軟性および導電性に優れた柔軟導電材料が実現できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明の柔軟導電材料は、エラストマーを利用した柔軟なトランスデューサの電極、配線に好適である。また、電磁波シールド、屈曲可能なディスプレイ等に使用されるフレキシブル配線板の配線としても好適である。さらには、導電性接着剤、ロボットや産業用機械の可動部の制御デバイス、ウェアラブルデバイスの電極、配線にも好適である。
【符号の説明】
【００９４】
１：アクチュエータ（トランスデューサ） １０：誘電膜 １１ａ、１１ｂ：電極
１２ａ、１２ｂ：配線 １３：電源
２：静電容量型センサ（トランスデューサ） ２０：誘電膜 ２１ａ、２１ｂ：電極
２２ａ、２２ｂ：配線 ２３ａ、２３ｂ：カバーフィルム ２４：コネクタ
３：発電素子（トランスデューサ） ３０：誘電膜 ３１ａ、３１ｂ：電極
３２ａ〜３２ｃ：配線
４：スピーカ（トランスデューサ）
４０ａ：第一アウタフレーム ４０ｂ：第二アウタフレーム
４１ａ：第一インナフレーム ４１ｂ：第二インナフレーム
４２ａ：第一誘電膜 ４２ｂ：第二誘電膜
４３ａ：第一アウタ電極 ４３ｂ：第二アウタ電極
４４ａ：第一インナ電極 ４４ｂ：第二インナ電極
４５ａ：第一振動板 ４５ｂ：第二振動板
４３０ａ、４３０ｂ、４４０ａ、４４０ｂ：端子 ４６０：ボルト ４６１：ナット
４６２：スペーサ
５：フレキシブル配線板
５０：弾性基材 ５１：表側配線用コネクタ ５２：裏側配線用コネクタ
０１Ｘ〜１６Ｘ：表側電極 ０１Ｙ〜１６Ｙ：裏側電極 ０１ｘ〜１６ｘ：表側配線
０１ｙ〜１６ｙ：裏側配線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伸縮可能な電極、配線、電磁波シールド等に好適な柔軟導電材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
エラストマー等の高分子材料を利用して、柔軟性が高く、小型で軽量なトランスデューサの開発が進められている。この種のトランスデューサは、例えば、電極間にエラストマー製の誘電膜を介装して構成される。当該トランスデューサにおいては、印加電圧の大小により誘電膜が伸縮する。したがって、電極には、誘電膜の伸長、収縮を妨げないように、誘電膜の変形に応じて伸縮可能であることが要求される。
【０００３】
また、電子機器のデジタル化、高周波化、小型化が進むにつれ、不要な電磁波を遮蔽するための電磁波シールドの開発が重要になっている。柔軟性や伸縮性を有する電子機器の配線用途等、電磁波シールドにも柔軟性が要求される場合が多い。
【０００４】
このような観点から、エラストマーに導電性カーボンや金属粉末が充填された導電材料が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２２７９８５号公報
【特許文献２】特開２０００−１６９７６３号公報
【特許文献３】特開２００４−９７９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば、導電材のカーボンブラック、カーボンナノチューブ等は、凝集力が大きいため、凝集しやすい。エラストマー（マトリクス）中で導電材が凝集すると、凝集部分を起点としてマトリクスが破壊されやすくなる。また、マトリクス中に導電ネットワークが形成されにくいため、充分な導電性が得られない。ここで、所望の導電性を発現させるために、導電材を大量に配合すると、エラストマーが本来有している柔軟性が損なわれ、マトリクスの伸びが小さくなる。したがって、導電材料において、柔軟性と導電性を両立させるためには、マトリクス中に導電材をできるだけ均一に分散させる必要がある。
【０００７】
例えば特許文献２に記載されているように、分散剤を配合することにより、マトリクスにおける導電材の分散性を、向上させることができる。しかしながら、分散剤には、速やかに拡散して導電材に吸着し、導電材同士の会合を抑制することが求められる。このため、分散剤の多くは分子量が小さい。したがって、分散剤を配合すると、マトリクスの引張強さや伸びが低下してしまう。また、分散剤とマトリクスとの相溶性が悪いと、分散剤がブリードアウトして、マトリクス表面の性状を損なうおそれがある。これにより、相手材に対する接着性が低下したり、分散剤が相手材に移行して、相手材を汚染するおそれがある。
【０００８】
一方、分散剤を配合しない場合、導電材と親和性の高いポリマーをマトリクスとすることにより、導電材の凝集を、ある程度は抑制することができる。しかし、導電材と親和性の高いポリマーには、極性基が導入されている場合が多い。これにより、当該ポリマーの引張強さや伸びが犠牲になる。また、導電材を、極性の高い溶剤（例えば、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ））に分散させた状態で配合することにより、導電材の分散性を向上させることができる。しかし、高極性の溶剤は、沸点が高いため、留去しにくい。また、高極性の溶剤は、低極性のポリマーを溶解できないため、マトリクスに使用できるポリマーの種類が、限定されてしまう。
【０００９】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、導電材の分散性が良好で、柔軟性および導電性に優れた柔軟導電材料を提供することを課題とする。また、柔軟性および導電性に優れた電極、配線、および電磁波シールドを提供することを課題とする。さらに、柔軟で耐久性に優れたトランスデューサおよびフレキシブル配線板を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）上記課題を解決するため、本発明の柔軟導電材料は、マトリクスと、該マトリクス中に分散される導電材と、を有する柔軟導電材料であって、該マトリクスは、次の一般式（１）〜（４）で表されるポリマーから選ばれる一種以上であり該導電材の分散機能を有する第一ポリマーと、該第一ポリマーと架橋可能な第二ポリマーと、が架橋されてなることを特徴とする柔軟導電材料。
［式（１）〜（４）中、Ｘは第二ポリマーと架橋可能な置換基、Ｙは導電材と親和性を有する官能基、構成単位Ａ、Ｂ、Ｃは、各々、アクリル酸、メタクリル酸、およびこれらの塩、エステル、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ウレタンプレポリマー、ポリエーテル、ポリエーテルアミン、ポリアミン、ポリオール、ポリチオールから選ばれる一種、ｌ、ｍ、ｎは１以上の整数。］
【化１】
【化２】
【化３】
【化４】
【００１１】
本発明の柔軟導電材料において、第一ポリマーは、導電材の分散機能を有する。したがって、第一ポリマーと第二ポリマーとを架橋させることにより、両ポリマーの物性を生かしつつ、導電材の分散性が向上したマトリクスを形成することができる。これにより、分散剤を配合しなくても、導電材の分散性が良好な柔軟導電材料を実現することができる（但し、本発明の柔軟導電材料においては、分散剤の配合を排除するものではない）。したがって、本発明の柔軟導電材料によると、分散剤のブリードアウトによる問題が生じにくい。また、マトリクスの物性として必要な引張強さや伸びについても、確保することができる。
【００１２】
本発明の柔軟導電材料においては、導電材が凝集しにくい。このため、凝集部分を起点とするマトリクスの破壊が生じにくい。また、導電材による導電ネットワークが形成されやすいため、導電材を多量に配合しなくても、高い導電性を実現することができる。つまり、本発明の柔軟導電材料によると、柔軟性と導電性とを両立することができる。また、導電材は、両ポリマーの架橋による網目構造に固定される。これにより、伸縮を繰返した場合でも、導電材が移動しにくく、マトリクスから剥離しにくい。したがって、伸縮時の電気抵抗の増加も抑制される。
【００１３】
なお、特許文献３には、溶媒に固体微粒子を分散させるための高分子分散剤が、開示されている。しかし、当該高分子分散剤は、重合開始剤の存在下で自身が架橋するだけであり、本発明の第一ポリマーのように、他のポリマーと架橋してマトリクスを構成するものではない。
【００１４】
（２）本発明の電極は、上記本発明の柔軟導電材料からなる。したがって、本発明の電極は、柔軟で、所望の引張強さ、伸びを有すると共に、高い導電性を有する。また、本発明の電極においては、導電材が凝集しにくいため、凝集部分を起点とする破壊が生じにくい。さらに、伸縮を繰返しても、電気抵抗が増加しにくい。このため、使用時において、電極の電気抵抗の増加による、素子性能の低下が小さい。また、上記本発明の柔軟導電材料においては、分散剤が配合されていないか、配合されていても少量である。よって、本発明の電極においても、分散剤のブリードアウトによる問題は、生じにくい。
【００１５】
（３）本発明の配線は、上記本発明の柔軟導電材料からなる。したがって、本発明の配線は、柔軟で、所望の引張強さ、伸びを有すると共に、高い導電性を有する。また、本発明の配線においては、導電材が凝集しにくいため、凝集部分を起点とする破壊が生じにくい。さらに、伸縮を繰返しても、電気抵抗が増加しにくい。このため、使用時において、配線の電気抵抗の増加による、素子性能の低下が小さい。また、上記本発明の電極と同様、本発明の配線においても、分散剤のブリードアウトによる問題は、生じにくい。
【００１６】
（４）本発明の電磁波シールドは、上記本発明の柔軟導電材料からなる。本発明の電磁波シールドは、例えば、本発明の柔軟導電材料を構成するポリマー材料や導電材等の原料を所定の溶剤に溶解した塗料から、形成することができる。また、溶剤を用いずに、原料を混練した混練物をプレス成形や押出成形して、形成することができる。したがって、形状の制約が少なく、電磁波を遮蔽したい様々な部位へ、容易に配置することができる。
【００１７】
また、本発明の電磁波シールドは、柔軟で、所望の引張強さ、伸びを有すると共に、高い導電性を有する。また、本発明の電磁波シールドにおいては、導電材が凝集しにくいため、凝集部分を起点とする破壊が生じにくい。さらに、伸縮を繰返しても、電気抵抗が増加しにくい。このため、伸縮性を有する部材に使用しても、シールド性能が低下しにくい。また、上記本発明の電極等と同様、本発明の電磁波シールドにおいても、分散剤のブリードアウトによる問題は、生じにくい。
【００１８】
（５）本発明のトランスデューサは、エラストマーまたは樹脂製の誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、複数の該電極と各々接続されている配線と、を備え、該電極および該配線の少なくとも一方は、上記本発明の柔軟導電材料からなる。
【００１９】
トランスデューサは、ある種類のエネルギーを他の種類のエネルギーに変換する装置である。トランスデューサには、機械エネルギーと電気エネルギーとの変換を行うアクチュエータ、センサ、発電素子等、あるいは音響エネルギーと電気エネルギーとの変換を行うスピーカ、マイクロフォン等が含まれる。
【００２０】
本発明のトランスデューサによると、電極および配線の少なくとも一方が、上記本発明の柔軟導電材料からなる。本発明の柔軟導電材料から形成された電極、配線は、柔軟で、所望の引張強さ、伸びを有すると共に、高い導電性を有する。このため、本発明のトランスデューサによると、誘電膜の動きが、電極や配線により規制されにくい。また、伸縮を繰り返しても、電極や配線において破壊が生じにくく、電気抵抗が増加しにくい。また、分散剤のブリードアウトによる問題も、生じにくい。このため、本発明のトランスデューサにおいては、電極や配線に起因した性能の低下が生じにくい。また、本発明のトランスデューサは、耐久性に優れる。
【００２１】
（６）本発明のフレキシブル配線板は、弾性基材と、該弾性基材の表面に配置されている配線と、を備え、配線の少なくとも一部は、上記本発明の柔軟導電材料からなることを特徴とする。
【００２２】
本発明のフレキシブル配線板においては、弾性基材の変形に追従して配線が伸縮する。ここで、配線の少なくとも一部は、上記本発明の柔軟導電材料からなる。本発明の柔軟導電材料から形成された配線は、柔軟で、所望の引張強さ、伸びを有すると共に、高い導電性を有する。また、伸縮を繰返しても、電気抵抗が増加しにくい。さらに、分散剤のブリードアウトによる問題も、生じにくい。したがって、本発明のフレキシブル配線板においては、伸縮しても性能が低下しにくい。また、本発明のフレキシブル配線板は、耐久性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のトランスデューサの第一実施形態であるアクチュエータの断面模式図であって、（ａ）は電圧オフ状態、（ｂ）は電圧オン状態を示す。
【図２】本発明のトランスデューサの第二実施形態である静電容量型センサの上面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】本発明のトランスデューサの第三実施形態である発電素子の断面模式図であって、（ａ）は伸長時、（ｂ）は収縮時を示す。
【図５】本発明のトランスデューサの第四実施形態であるスピーカの斜視図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】本発明のフレキシブル配線板の上面透過図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下にまず、本発明の柔軟導電材料の実施の形態について説明する。次に、本発明の電極、配線、トランスデューサ、フレキシブル配線板、および電磁波シールドの実施の形態について説明する。なお、本発明の柔軟導電材料、電極、配線、トランスデューサ、フレキシブル配線板、および電磁波シールドは、以下の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【００２５】
＜柔軟導電材料＞
本発明の柔軟導電材料は、マトリクスと、該マトリクス中に分散される導電材と、を有する。マトリクスは、第一ポリマーと、第二ポリマーと、が架橋されてなる。第一ポリマーは、導電材の分散機能を有すると共に、第二ポリマーと架橋可能である。第一ポリマーは、上記式（１）〜（４）で表されるポリマーから選ばれる一種以上からなる。
【００２６】
上記式（１）〜（４）中、Ｘは、第二ポリマーと架橋可能な置換基である。具体的には、ヒドロキシル基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、およびシラノール基が挙げられる。Ｘは、これらの置換基から選ばれる一種以上であればよい。例えば、一つのポリマーにおいて、異種の置換基を有していてもよい。
【００２７】
Ｙは、導電材と親和性を有する官能基である。当該官能基Ｙを有することにより、マトリクスにおける導電材の濡れ性や分散性が向上する。具体的には、アミノ基や四級アンモニウム塩が挙げられる。
【００２８】
構成単位Ａ、Ｂ、Ｃは、各々、アクリル酸、メタクリル酸、およびこれらの塩、エステル、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ウレタンプレポリマー、ポリエーテル、ポリエーテルアミン、ポリアミン、ポリオール、ポリチオールから選ばれる一種である。Ａ、Ｂ、Ｃは、同じでも、異なっていてもよい。また、式（３）においては、Ａ、Ｂ、Ｃの並び順は限定されない。すなわち、Ａ、Ｂ、Ｃがランダムに配置されていてもよい。
【００２９】
上記式（１）〜（４）で表されるポリマーの質量平均分子量は、５００以上３００万以下であることが望ましい。好適には、１０００以上である。ポリマーの質量平均分子量が５００未満の場合、第二ポリマーと架橋しても、三次元網目構造を充分形成することができない。よって、マトリクスにおいて所望の引張強さ、伸びが得られない。反対に、ポリマーの質量平均分子量が３００万以上になると、粘度が大きくなる。このため、例えば電極等を形成する際に、塗料化しにくくなる。
【００３０】
第二ポリマーは、第一ポリマーと架橋可能なポリマーであれば、特に限定されない。第二ポリマーは、一種のポリマーを単独で用いてもよく、二種以上のポリマーを混合して用いてもよい。例えば、例えば、ガラス転移温度（Ｔｇ）が０℃以下のゴムポリマーを用いることが望ましい。Ｔｇが０℃以下のゴムは、常温でゴム状弾性を有し、柔軟性が高い。また、Ｔｇが低くなると、結晶性が低下するため、ゴムの切断時伸び（Ｅｂ）が大きくなる。つまり、より伸長しやすくなる。このような観点から、Ｔｇが−２０℃以下、さらには−３５℃以下のゴムポリマーが好適である。例えば、アクリルゴムポリマー、ヒドリンゴムポリマー、ウレタンゴムポリマーが好適である。なかでも、アクリルゴムは、結晶性が低く分子間力が弱いため、他のゴムと比較してＴｇが低い。よって、柔軟で伸びがよく、トランスデューサの電極等に好適である。
【００３１】
また、第二ポリマーは、導電材との親和性が高いことが望ましい。加えて、第一ポリマーと架橋反応しやすいことが望ましい。例えば、エポキシ基は、カーボンブラックに対する親和性が高く、第一ポリマーに含有される置換基Ｘとの反応性も高い。このため、導電材としてカーボンブラックを用いる場合には、第二ポリマーとして、エポキシ基を有するポリマーが好適である。
【００３２】
導電材の分散性を向上させるためには、第一ポリマーの配合量を多くする方がよい。一方、マトリクスの柔軟性を向上させるためには、第一ポリマーの配合量を少なくする方がよい。したがって、導電材の分散性とマトリクスの柔軟性とを両立できるように、第一ポリマーの配合量を決定すればよい。例えば、第一ポリマーの配合量を、柔軟導電材料の全体を１００質量％とした場合の５質量％以上９０質量％以下にすることが望ましい。また、マトリクスの引張強さ、伸び等を考慮した場合には、第一ポリマーの配合量を、６０質量％以下とすることが望ましい。
【００３３】
導電材の種類は、特に限定されない。カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラファイト等の炭素材料、銀、金、銅、ニッケル、ロジウム、パラジウム、クロム、チタン、白金、鉄、およびこれらの合金等の金属粉末等から、適宜選択すればよい。導電材は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。なかでも、カーボンブラックやカーボンナノチューブは、伸長時における導電性の変化が小さいため、好適である。
【００３４】
また、金属以外の粒子の表面を金属で被覆した被覆粒子を使用してもよい。この場合、金属だけで構成する場合と比較して、導電材の比重を小さくすることができる。よって、塗料化した場合に、導電材の沈降が抑制されて、分散性が向上する。また、粒子を加工することにより、様々な形状の導電材を容易に製造することができる。また、導電材のコストを低減することができる。被覆する金属としては、先に列挙した銀等の金属材料を用いればよい。また、金属以外の粒子としては、カーボンブラック等の炭素材料、炭酸カルシウム、二酸化チタン、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム等の金属酸化物、シリカ等の無機物、アクリルやウレタン等の樹脂等を用いればよい。
【００３５】
導電材の配合量は、導電性と柔軟性とを両立できるように、適宜決定すればよい。例えば、電極としての導電性を確保するという観点から、導電材の配合量は、柔軟導電材料の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の５ｖｏｌ％以上であることが望ましい。１０ｖｏｌ％以上であるとより好適である。一方、導電材の配合量が多くなると柔軟性が低下する。このため、導電材の配合量は、柔軟導電材料の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の５０ｖｏｌ％以下であることが望ましい。２５ｖｏｌ％以下であるとより好適である。
【００３６】
本発明の柔軟導電材料は、例えば、第一ポリマー、第二ポリマー、および導電材を含む架橋前組成物を、ニーダー、バンバリーミキサー等の加圧式混練機、二本ロール等を用いて混練した後、金型成形や押出成形して製造することができる。あるいは、次のようにして製造してもよい。まず、第一ポリマーおよび第二ポリマーを溶剤に溶解する。次に、当該溶液に導電材を添加し、攪拌、混合して塗料（架橋前組成物）を調製する。そして、調製した塗料を基材等に塗布し、塗膜を加熱して乾燥させると共に、架橋反応を進行させる。
【００３７】
ここで、架橋前組成物は、両ポリマー、導電材の他、必要に応じて分散剤、補強剤、可塑剤、老化防止剤、着色剤等の添加剤を含んでいてもよい。また、塗料の塗布方法としては、既に公知の種々の方法を採用することができる。例えば、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、パッド印刷、リソグラフィー等の印刷法の他、ディップ法、スプレー法、バーコート法等が挙げられる。例えば、印刷法を採用すると、塗布する部分と塗布しない部分との塗り分けを、容易に行うことができる。また、大きな面積、細線、複雑な形状の印刷も容易である。印刷法の中でも、高粘度の塗料が使用でき、塗膜厚さの調整が容易であるという理由から、スクリーン印刷法が好適である。
【００３８】
＜電極、配線、トランスデューサ＞
本発明のトランスデューサは、エラストマーまたは樹脂製の誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、複数の該電極と各々接続されている配線と、を備える。本発明のトランスデューサは、誘電膜と電極とを交互に積層させた積層構造を有していてもよい。
【００３９】
誘電膜は、エラストマーまたは樹脂からなる。なかでも、比誘電率の高いエラストマーを用いることが望ましい。具体的には、常温における比誘電率（１００Ｈｚ）が２以上、さらには５以上のエラストマーが望ましい。例えば、エステル基、カルボキシル基、水酸基、ハロゲン基、アミド基、スルホン基、ウレタン基、ニトリル基等の極性官能基を有するエラストマー、あるいは、これらの極性官能基を有する極性低分子量化合物を添加したエラストマーを採用するとよい。好適なエラストマーとしては、シリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリルゴム、ウレタンゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン等が挙げられる。なお、「エラストマーまたは樹脂製」とは、誘電膜のベース材料が、エラストマーまたは樹脂であることを意味する。よって、エラストマーまたは樹脂成分の他に、添加剤等の他の成分を含んでいても構わない。
【００４０】
誘電膜の厚さは、トランスデューサの用途等に応じて適宜決定すればよい。例えば、アクチュエータの場合、小型化、低電位駆動化、および変位量を大きくする等の観点から、誘電膜の厚さは薄い方が望ましい。この場合、絶縁破壊性等をも考慮して、誘電膜の厚さを、１μｍ以上１０００μｍ（１ｍｍ）以下とすることが望ましい。５μｍ以上２００μｍ以下とすると、より好適である。
【００４１】
電極および配線の少なくとも一方は、上記本発明の柔軟導電材料からなる。本発明の柔軟導電材料の構成、および製造方法については、上述した通りである。よって、ここでは説明を割愛する。また、本発明のトランスデューサの電極、配線においても、上述した本発明の柔軟導電材料の好適な態様を採用することが望ましい。以下、本発明のトランスデューサの例として、アクチュエータ、静電容量型センサ、発電素子、およびスピーカの実施形態を説明する。なお、以下の実施形態において、本発明の電極、配線の実施形態についても併せて説明する。
【００４２】
［第一実施形態］
本発明のトランスデューサの第一例として、アクチュエータの実施形態を説明する。図１に、本実施形態のアクチュエータの断面模式図を示す。（ａ）は電圧オフ状態、（ｂ）は電圧オン状態を各々示す。
【００４３】
図１に示すように、アクチュエータ１は、誘電膜１０と、電極１１ａ、１１ｂと、配線１２ａ、１２ｂと、を備えている。誘電膜１０は、シリコーンゴム製である。電極１１ａは、誘電膜１０の上面の略全体を覆うように、配置されている。同様に、電極１１ｂは、誘電膜１０の下面の略全体を覆うように、配置されている。電極１１ａ、１１ｂは、各々、配線１２ａ、１２ｂを介して電源１３に接続されている。電極１１ａ、１１ｂは、本発明の柔軟導電材料からなる。
【００４４】
オフ状態からオン状態に切り替える際は、一対の電極１１ａ、１１ｂ間に電圧を印加する。電圧の印加により、誘電膜１０の厚さは薄くなり、その分だけ、図１（ｂ）中白抜き矢印で示すように、電極１１ａ、１１ｂ面に対して平行方向に伸長する。これにより、アクチュエータ１は、図中上下方向および左右方向の駆動力を出力する。
【００４５】
本実施形態によると、電極１１ａ、１１ｂは、柔軟で、所望の引張強さ、伸びを有すると共に、高い導電性を有する。このため、誘電膜１０の動きが、電極１１ａ、１１ｂにより規制されにくい。よって、アクチュエータ１によると、大きな力および変位量を得ることができる。また、電極１１ａ、１１ｂにおいては、導電材の分散性が良好である。このため、伸縮を繰り返しても、電極１１ａ、１１ｂが破壊しにくい。また、導電材は、マトリクスの網目構造に固定されている。このため、伸縮を繰り返しても、電気抵抗が増加しにくい。さらに、分散剤のブリードアウトによる問題も、生じにくい。したがって、アクチュエータ１においては、電極１１ａ、１１ｂに起因した性能の低下が生じにくい。また、アクチュエータ１は、耐久性に優れる。
【００４６】
［第二実施形態］
本発明のトランスデューサの第二例として、静電容量型センサの実施形態を説明する。まず、本実施形態の静電容量型センサの構成について説明する。図２に、静電容量型センサの上面図を示す。図３に、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図を示す。図２、図３に示すように、静電容量型センサ２は、誘電膜２０と、一対の電極２１ａ、２１ｂと、配線２２ａ、２２ｂと、カバーフィルム２３ａ、２３ｂと、を備えている。
【００４７】
誘電膜２０は、Ｈ−ＮＢＲ製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。誘電膜２０の厚さは、約３００μｍである。
【００４８】
電極２１ａは、長方形状を呈している。電極２１ａは、誘電膜２０の上面に、スクリーン印刷により三つ形成されている。同様に、電極２１ｂは、長方形状を呈している。電極２１ｂは、誘電膜２０を挟んで電極２１ａと対向するように、誘電膜２０の下面に三つ形成されている。電極２１ｂは、誘電膜２０の下面に、スクリーン印刷されている。このように、誘電膜２０を挟んで、電極２１ａ、２１ｂが三対配置されている。電極２１ａ、２１ｂは、本発明の柔軟導電材料からなる。
【００４９】
配線２２ａは、誘電膜２０の上面に形成された電極２１ａの一つ一つに、それぞれ接続されている。配線２２ａにより、電極２１ａとコネクタ２４とが結線されている。配線２２ａは、誘電膜２０の上面に、スクリーン印刷により形成されている。同様に、配線２２ｂは、誘電膜２０の下面に形成された電極２１ｂの一つ一つに、それぞれ接続されている（図２中、点線で示す）。配線２２ｂにより、電極２１ｂとコネクタ（図略）とが結線されている。配線２２ｂは、誘電膜２０の下面に、スクリーン印刷により形成されている。配線２２ａ、２２ｂは、本発明の柔軟導電材料からなる。
【００５０】
カバーフィルム２３ａは、アクリルゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。カバーフィルム２３ａは、誘電膜２０、電極２１ａ、配線２２ａの上面を覆っている。同様に、カバーフィルム２３ｂは、アクリルゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。カバーフィルム２３ｂは、誘電膜２０、電極２１ｂ、配線２２ｂの下面を覆っている。
【００５１】
次に、静電容量型センサ２の動きについて説明する。例えば、静電容量型センサ２が上方から押圧されると、誘電膜２０、電極２１ａ、カバーフィルム２３ａは一体となって、下方に湾曲する。圧縮により、誘電膜２０の厚さは小さくなる。その結果、電極２１ａ、２１ｂ間のキャパシタンスは大きくなる。このキャパシタンス変化により、圧縮による変形が検出される。
【００５２】
次に、本実施形態の静電容量型センサ２の作用効果について説明する。本実施形態によると、電極２１ａ、２１ｂおよび配線２２ａ、２２ｂは、柔軟で、所望の引張強さ、伸びを有すると共に、高い導電性を有する。このため、誘電膜２０の動きが、電極２１ａ、２１ｂおよび配線２２ａ、２２ｂにより、規制されにくい。また、導電材は、マトリクスの網目構造に固定されている。このため、伸縮を繰り返しても、電気抵抗が増加しにくい。したがって、静電容量型センサ２の応答性は良好である。また、電極２１ａ、２１ｂおよび配線２２ａ、２２ｂにおいては、導電材の分散性が良好である。このため、伸縮を繰り返しても、電極２１ａ、２１ｂおよび配線２２ａ、２２ｂが破壊しにくい。さらに、分散剤のブリードアウトによる問題も、生じにくい。したがって、静電容量型センサ２は耐久性に優れる。なお、本実施形態の静電容量型センサ２には、誘電膜２０を狭んで対向する電極２１ａ、２１ｂが、三対形成されている。しかし、電極の数、大きさ、形状、配置等は、用途に応じて、適宜決定すればよい。
【００５３】
［第三実施形態］
本発明のトランスデューサの第三例として、発電素子の実施形態を説明する。図４に、本実施形態における発電素子の断面模式図を示す。（ａ）は伸長時、（ｂ）は収縮時を各々示す。
【００５４】
図４に示すように、発電素子３は、誘電膜３０と、電極３１ａ、３１ｂと、配線３２ａ〜３２ｃと、を備えている。誘電膜３０は、Ｈ−ＮＢＲ製である。電極３１ａは、誘電膜３０の上面の略全体を覆うように、配置されている。同様に、電極３１ｂは、誘電膜３０の下面の略全体を覆うように、配置されている。電極３１ａには、配線３２ａ、３２ｂが接続されている。すなわち、電極３１ａは、配線３２ａを介して、外部負荷（図略）に接続されている。また、電極３１ａは、配線３２ｂを介して、電源（図略）に接続されている。電極３１ｂは、配線３２ｃにより接地されている。電極３１ａ、３１ｂは、本発明の柔軟導電材料からなる。
【００５５】
図４（ａ）中白抜き矢印で示すように、発電素子３を圧縮し、誘電膜３０を電極３１ａ、３１ｂ面に対して平行方向に伸長すると、誘電膜３０の膜厚は薄くなり、電極３１ａ、３１ｂ間に電荷が蓄えられる。その後、圧縮力を除去すると、図４（ｂ）に示すように、誘電膜３０の弾性復元力により誘電膜３０は収縮し、膜厚が厚くなる。その際、蓄えられた電荷が配線３２ａを通して放出される。
【００５６】
本実施形態によると、電極３１ａ、３１ｂは、柔軟で、所望の引張強さ、伸びを有すると共に、高い導電性を有する。このため、誘電膜３０の動きが、電極３１ａ、３１ｂにより規制されにくい。また、電極３１ａ、３１ｂにおいては、導電材の分散性が良好である。このため、伸縮を繰り返しても、電極３１ａ、３１ｂが破壊しにくい。また、導電材は、マトリクスの網目構造に固定されている。このため、伸縮を繰り返しても、電気抵抗が増加しにくい。さらに、分散剤のブリードアウトによる問題も、生じにくい。したがって、発電素子３においては、電極３１ａ、３１ｂに起因した性能の低下が生じにくい。また、発電素子３は、耐久性に優れる。
【００５７】
［第四実施形態］
本発明のトランスデューサの第四例として、スピーカの実施形態を説明する。まず、本実施形態のスピーカの構成について説明する。図５に、本実施形態のスピーカの斜視図を示す。図６に、図５のＶＩ−ＶＩ断面図を示す。図５、図６に示すように、スピーカ４は、第一アウタフレーム４０ａと、第一インナフレーム４１ａと、第一誘電膜４２ａと、第一アウタ電極４３ａと、第一インナ電極４４ａと、第一振動板４５ａと、第二アウタフレーム４０ｂと、第二インナフレーム４１ｂと、第二誘電膜４２ｂと、第二アウタ電極４３ｂと、第二インナ電極４４ｂと、第二振動板４５ｂと、八つのボルト４６０と、八つのナット４６１と、八つのスペーサ４６２と、を備えている。
【００５８】
第一アウタフレーム４０ａ、第一インナフレーム４１ａは、各々、樹脂製であって、リング状を呈している。第一誘電膜４２ａは、Ｈ−ＮＢＲ製であり、円形の薄膜状を呈している。第一誘電膜４２ａは、第一アウタフレーム４０ａと第一インナフレーム４１ａとの間に張設されている。すなわち、第一誘電膜４２ａは、表側の第一アウタフレーム４０ａと裏側の第一インナフレーム４１ａとにより、所定の張力を確保した状態で、挟持、固定されている。第一振動板４５ａは、樹脂製であって、円板状を呈している。第一振動板４５ａは、第一誘電膜４２ａよりも小径である。第一振動板４５ａは、第一誘電膜４２ａの表面の略中央に配置されている。
【００５９】
第一アウタ電極４３ａは、リング状を呈している。第一アウタ電極４３ａは、第一誘電膜４２ａの表面に貼着されている。第一インナ電極４４ａも、リング状を呈している。第一インナ電極４４ａは、第一誘電膜４２ａの裏面に貼着されている。第一アウタ電極４３ａと第一インナ電極４４ａとは、第一誘電膜４２ａを挟んで、表裏方向に背向している。第一アウタ電極４３ａと第一インナ電極４４ａとは、いずれも、本発明の柔軟導電材料からなる。また、図６に示すように、第一アウタ電極４３ａは、端子４３０ａを備えている。第一インナ電極４４ａは、端子４４０ａを備えている。端子４３０ａ、４４０ａには、外部から電圧が印加される。
【００６０】
第二アウタフレーム４０ｂ、第二インナフレーム４１ｂ、第二誘電膜４２ｂ、第二アウタ電極４３ｂ、第二インナ電極４４ｂ、第二振動板４５ｂ（以下、「第二部材」と総称する。）の構成、材質、形状は、上記第一アウタフレーム４０ａ、第一インナフレーム４１ａ、第一誘電膜４２ａ、第一アウタ電極４３ａ、第一インナ電極４４ａ、第一振動板４５ａ（以下、「第一部材」と総称する。）の構成、材質、形状と、同様である。また、第二部材の配置は、上記第一部材の配置と、表裏方向に対称である。簡単に説明すると、第二誘電膜４２ｂは、Ｈ−ＮＢＲ製であり、第二アウタフレーム４０ｂと第二インナフレーム４１ｂとの間に張設されている。第二振動板４５ｂは、第二誘電膜４２ｂの表面の略中央に配置されている。第二アウタ電極４３ｂは、第二誘電膜４２ｂの表面に印刷されている。第二インナ電極４４ｂは、第二誘電膜４２ｂの裏面に印刷されている。第二アウタ電極４３ｂと第二インナ電極４４ｂとは、いずれも、本発明の柔軟導電材料からなる。第二アウタ電極４３ｂの端子４３０ｂ、第二インナ電極４４ｂの端子４４０ｂには、外部から電圧が印加される。
【００６１】
第一部材と第二部材とは、八つのボルト４６０、八つのナット４６１により、八つのスペーサ４６２を介して、固定されている。「ボルト４６０−ナット４６１−スペーサ４６２」のセットは、スピーカ４の周方向に所定間隔ずつ離間して配置されている。ボルト４６０は、第一アウタフレーム４０ａ表面から第二アウタフレーム４０ｂ表面までを貫通している。ナット４６１は、ボルト４６０の貫通端に螺着されている。スペーサ４６２は、樹脂製であって、ボルト４６０の軸部に環装されている。スペーサ４６２は、第一インナフレーム４１ａと第二インナフレーム４１ｂとの間に、所定の間隔を確保している。第一誘電膜４２ａの中央部裏面（第一振動板４５ａが配置されている部分の裏側）と、第二誘電膜４２ｂの中央部裏面（第二振動板４５ｂが配置されている部分の裏側）と、は接合されている。このため、第一誘電膜４２ａには、図６に白抜き矢印Ｙ１ａで示す方向に、付勢力が蓄積されている。また、第二誘電膜４２ｂには、図６に白抜き矢印Ｙ１ｂで示す方向に、付勢力が蓄積されている。
【００６２】
次に、本実施形態のスピーカの動きについて説明する。端子４３０ａ、４４０ａと端子４３０ｂ、４４０ｂとを介して、第一アウタ電極４３ａおよび第一インナ電極４４ａと、第二アウタ電極４３ｂおよび第二インナ電極４４ｂと、には、初期状態（オフセット状態）において、所定の電圧（オフセット電圧）が印加されている。スピーカ４の動作時には、端子４３０ａ、４４０ａと端子４３０ｂ、４４０ｂとに、逆位相の電圧が印加される。 例えば、端子４３０ａ、４４０ａに、オフセット電圧＋１Ｖが印加されると、第一誘電膜４２ａのうち、第一アウタ電極４３ａと第一インナ電極４４ａとの間に配置されている部分の膜厚が薄くなる。並びに、当該部分が径方向に伸長する。これと同時に、端子４３０ｂ、４４０ｂに逆位相の電圧（オフセット電圧−１Ｖ）が印加される。すると、第二誘電膜４２ｂのうち、第二アウタ電極４３ｂと第二インナ電極４４ｂとの間に配置されている部分の膜厚が厚くなる。並びに当該部分が径方向に収縮する。これにより、第二誘電膜４２ｂは、第一誘電膜４２ａを引っ張りながら、図６に白抜き矢印Ｙ１ｂで示す方向に、自身の付勢力により弾性変形する。反対に、端子４３０ｂ、４４０ｂにオフセット電圧＋１Ｖが印加され、端子４３０ａ、４４０ａに逆位相の電圧（オフセット電圧−１Ｖ）が印加されると、第一誘電膜４２ａは、第二誘電膜４２ｂを引っ張りながら、図６に白抜き矢印Ｙ１ａで示す方向に、自身の付勢力により弾性変形する。このようにして、第一振動板４５ａ、第二振動板４５ｂを振動させることにより空気を振動させ、音声を発生させる。
【００６３】
次に、本実施形態のスピーカ４の作用効果について説明する。本実施形態によると、第一アウタ電極４３ａ、第一インナ電極４４ａ、第二アウタ電極４３ｂ、および第二インナ電極４４ｂ（以下適宜、「電極４３ａ、４４ａ、４３ｂ、４４ｂ」と称す）は、柔軟で、所望の引張強さ、伸びを有すると共に、高い導電性を有する。このため、第一誘電膜４２ａ、第二誘電膜４２ｂの動きが、電極４３ａ、４４ａ、４３ｂ、４４ｂにより規制されにくい。よって、スピーカ４の応答性は、低周波領域においても良好である。また、電極４３ａ、４４ａ、４３ｂ、４４ｂにおいては、導電材の分散性が良好である。このため、伸縮を繰り返しても、電極４３ａ、４４ａ、４３ｂ、４４ｂが破壊しにくい。また、導電材は、マトリクスの網目構造に固定されている。このため、伸縮を繰り返しても、電気抵抗が増加しにくい。さらに、分散剤のブリードアウトによる問題も、生じにくい。したがって、スピーカ４においては、電極４３ａ、４４ａ、４３ｂ、４４ｂに起因した性能の低下が生じにくい。また、スピーカ４は、耐久性に優れる。
【００６４】
＜フレキシブル配線板＞
本発明のフレキシブル配線板は、弾性基材と、該弾性基材の表面に配置されている配線と、を備える。弾性基材の材質は、特に限定されない。例えば、伸縮性を有する材料として、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴム、フッ素ゴム、クロロプレンゴム、イソブチレンイソプレンゴム、各種の熱可塑性エラストマー等が挙げられる。
【００６５】
配線の少なくとも一部は、本発明の柔軟導電材料からなる。本発明の柔軟導電材料の構成、および製造方法については、上述した通りである。よって、ここでは説明を割愛する。また、本発明のフレキシブル配線板においても、上述した本発明の柔軟導電材料の好適な態様を採用することが望ましい。以下、本発明のフレキシブル配線板の一実施形態を説明する。
【００６６】
まず、本実施形態のフレキシブル配線板の構成について説明する。図７に、本実施形態のフレキシブル配線板の上面透過図を示す。なお、図７中、裏側の電極、配線については細線で示す。図７に示すように、フレキシブル配線板５は、弾性基材５０と、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘと、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙと、表側配線０１ｘ〜１６ｘと、裏側配線０１ｙ〜１６ｙと、表側配線用コネクタ５１と、裏側配線用コネクタ５２と、を備えている。
【００６７】
弾性基材５０は、ウレタンゴム製であって、シート状を呈している。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘは、弾性基材５０の上面に、合計１６本配置されている。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘは、各々、帯状を呈している。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘは、各々、Ｘ方向（左右方向）に延在している。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘは、Ｙ方向（前後方向）に、所定間隔ごとに離間して、互いに略平行になるように、配置されている。同様に、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、弾性基材５０の下面に、合計１６本配置されている。裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、各々、帯状を呈している。裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、各々、Ｙ方向に延在している。裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、Ｘ方向に、所定間隔ごとに離間して、互いに略平行になるように、配置されている。図７にハッチングで示すように、弾性基材５０を挟んで、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘと裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙとが交差する部分（重複する部分）により、荷重等を検出する検出部が形成されている。
【００６８】
表側配線０１ｘ〜１６ｘは、弾性基材５０の上面に、合計１６本配置されている。表側配線０１ｘ〜１６ｘは、各々、線状を呈している。表側配線０１ｘ〜１６ｘは、本発明の柔軟導電材料からなる。表側配線用コネクタ５１は、弾性基材５０の左後隅に配置されている。表側配線０１ｘ〜１６ｘは、各々、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘの左端と、表側配線用コネクタ５１と、を接続している。また、弾性基材５０の上面、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、表側配線０１ｘ〜１６ｘは、上方から、表側カバーフィルム（図略）により覆われている。
【００６９】
裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、弾性基材５０の下面に、合計１６本配置されている。裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、各々、線状を呈している。裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、本発明の柔軟導電材料からなる。裏側配線用コネクタ５２は、弾性基材５０の左前隅に配置されている。裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、各々、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙの前端と、裏側配線用コネクタ５２と、を接続している。また、弾性基材５０の下面、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙ、裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、下方から、裏側カバーフィルム（図略）により覆われている。
【００７０】
表側配線用コネクタ５１、裏側配線用コネクタ５２には、各々、演算部（図略）が電気的に接続されている。演算部には、表側配線０１ｘ〜１６ｘおよび裏側配線０１ｙ〜１６ｙから、検出部におけるインピーダンスが入力される。これに基づいて、面圧分布が測定される。
【００７１】
次に、本実施形態のフレキシブル配線板５の作用効果について説明する。本実施形態によると、表側配線０１ｘ〜１６ｘおよび裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、各々、柔軟で、所望の引張強さ、伸びを有すると共に、高い導電性を有する。このため、表側配線０１ｘ〜１６ｘおよび裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、弾性基材５０の変形に追従して変形することができる。また、導電材は、マトリクスの網目構造に固定されている。このため、伸縮を繰り返しても、電気抵抗が増加しにくい。したがって、フレキシブル配線板５は、伸縮可能な素子を電気回路に接続するのに好適である。また、表側配線０１ｘ〜１６ｘおよび裏側配線０１ｙ〜１６ｙにおいては、導電材の分散性が良好である。このため、伸縮を繰り返しても、表側配線０１ｘ〜１６ｘおよび裏側配線０１ｙ〜１６ｙが破壊しにくい。さらに、分散剤のブリードアウトによる問題も、生じにくい。したがって、フレキシブル配線板５は、耐久性に優れる。
【００７２】
＜電磁波シールド＞
本発明の電磁波シールドは、本発明の柔軟導電材料からなる。電磁波シールドは、電子機器の内部で発生した電磁波が外部に漏れるのを抑制したり、外部からの電磁波を内部へ侵入させにくくする役割を果たす。例えば、電子機器の筐体の内周面に、電磁波シールドを配置する場合には、本発明の柔軟導電材料を形成するための塗料を、電子機器の筐体の内周面に塗布し、乾燥させればよい。また、上記トランスデューサの第二実施形態として示した静電容量型センサに、電磁波シールドを配置することもできる。例えば、カバーフィルム２３ａの上面と、カバーフィルム２３ｂの下面と、を各々覆うように、電磁波シールドを配置すればよい（前出図２、図３参照）。この場合、本発明の柔軟導電材料を形成するための塗料を、カバーフィルム２３ａの上面およびカバーフィルム２３ｂの下面に塗布し、乾燥させればよい。さらに、電子機器の隙間にガスケットとして配置する場合には、本発明の柔軟導電材料を、所望の形状に成形して用いればよい。
【実施例】
【００７３】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００７４】
＜柔軟導電材料の製造＞
[実施例１]
第一ポリマーとして、下記構造式（ａ）のポリマーを用い、第二ポリマーとして、ウレタンゴムポリマー（ケムチュラ社製「ＡＤＩＰＲＥＮＥ（登録商標）ＢＬ１６」）を用いて、柔軟導電材料を製造した。構造式（ａ）のポリマーは、上記式（３）で示されるポリマーに含まれる。構造式（ａ）のポリマーの質量平均分子量は、約１５００である。
【化５】
【００７５】
まず、上記構造式（ａ）のポリマー５６質量部と、ウレタンゴムポリマー２４質量部と、を溶剤のブチルカルビトールアセテート１０００質量部に溶解し、ポリマー溶液を調製した。次に、調製したポリマー溶液に、導電材の多層カーボンナノチューブ（昭和電工（株）製「ＶＧＣＦ（登録商標）−Ｘ」）１２質量部、および導電性カーボンブラック（ライオン（株）製「カーボンＥＣＰ−６００ＪＤ」）８質量部を添加、混合して、塗料を調製した。それから、調製した塗料を、アクリル樹脂製の基材表面に、バーコート法により塗布した。そして、塗膜が形成された基材を、約１５０℃の乾燥炉内に約３０分間静置して、塗膜を乾燥させると共に、架橋反応を進行させて、薄膜状の柔軟導電材料を得た。柔軟導電材料における第一ポリマーの配合量は、５６質量％である。また、導電材の配合量は、１１ｖｏｌ％である。
【００７６】
[実施例２]
第一ポリマーとして、実施例１と同じ構造式（ａ）のポリマーを用い、第二ポリマーとして、ウレタンゴムポリマー（同上）に加えてヒドロキシル基含有アクリルゴムポリマーを用いて、柔軟導電材料を製造した。ヒドロキシル基含有アクリルゴムポリマーは、ｎ−ブチルアクリレート（９８質量％）と２−ヒドロキシエチルメタクリレート（２質量％）との共重合体である（質量分子量は９０万程度）。
【００７７】
まず、上記構造式（ａ）のポリマー１４．８１質量部と、ウレタンゴムポリマー２２．２２質量部と、ヒドロキシル基含有アクリルゴムポリマー４４．４４質量部と、をブチルカルビトールアセテート９９９．９質量部に溶解し、ポリマー溶液を調製した。次に、調製したポリマー溶液に、多層カーボンナノチューブ（同上）１１．１１質量部、および導電性カーボンブラック（同上）７．４１質量部を添加、混合して、塗料を調製した。それから、調製した塗料を、アクリル樹脂製の基材表面に、バーコート法により塗布した。そして、実施例１と同様にして、薄膜状の柔軟導電材料を得た。柔軟導電材料における第一ポリマーの配合量は、１４．８１質量％である。また、導電材の配合量は、１０ｖｏｌ％である。
【００７８】
[実施例３]
第一ポリマーとして、実施例１と同じ構造式（ａ）のポリマーを用い、第二ポリマーとして、エポキシ基含有アクリルゴムポリマー（日本ゼオン（株）製「Ｎｉｐｏｌ（登録商標）ＡＲ４２Ｗ」）を用いて、柔軟導電材料を製造した。
【００７９】
まず、上記構造式（ａ）のポリマー１０．７１質量部と、エポキシ基含有アクリルゴムポリマー７１．４３質量部と、をブチルカルビトールアセテート８９２．８質量部に溶解し、ポリマー溶液を調製した。次に、調製したポリマー溶液に、多層カーボンナノチューブ（同上）１０．７１質量部、および導電性カーボンブラック（同上）７．１４質量部を添加、混合して、塗料を調製した。それから、調製した塗料を、アクリル樹脂製の基材表面に、バーコート法により塗布した。そして、実施例１と同様にして、薄膜状の柔軟導電材料を得た。柔軟導電材料における第一ポリマーの配合量は、１０．７１質量％である。また、導電材の配合量は、１０ｖｏｌ％である。
【００８０】
[実施例４]
第一ポリマーの種類を変更し、下記構造式（ｂ）のポリマー（質量平均分子量：約６００）を用いた以外は、実施例３と同様にして、柔軟導電材料を製造した。構造式（ｂ）のポリマーは、上記式（２）で示されるポリマーに含まれる。
【化６】
【００８１】
[実施例５]
さらに、分散剤として、ポリビニルピロリドン（質量平均分子量：４万）の１０％ジメチルアセトアミド溶液を配合して、柔軟導電材料を製造した。まず、上記構造式（ａ）のポリマー７．１４質量部と、エポキシ基含有アクリルゴムポリマー（同上）７１．４３質量部と、をブチルカルビトールアセテート９２８．５質量部に溶解し、ポリマー溶液を調製した。次に、調製したポリマー溶液に、多層カーボンナノチューブ（同上）１０．７１質量部と、導電性カーボンブラック（同上）７．１４質量部と、ポリビニルピロリドンの１０％ジメチルアセトアミド溶液３．５７質量部と、を添加、混合して、塗料を調製した。それから、調製した塗料を、アクリル樹脂製の基材表面に、バーコート法により塗布した。そして、実施例１と同様にして、薄膜状の柔軟導電材料を得た。柔軟導電材料における第一ポリマーの配合量は、７．１４質量％である。また、導電材の配合量は、１０ｖｏｌ％である。
【００８２】
［比較例１］
第一ポリマーを配合せずに、柔軟導電材料を製造した。まず、エポキシ基含有アクリルゴムポリマー（同上）８０質量部を、ブチルカルビトールアセテート１０００質量部に溶解し、ポリマー溶液を調製した。次に、調製したポリマー溶液に、多層カーボンナノチューブ（同上）１２質量部、および導電性カーボンブラック（同上）８質量部を添加、混合して、塗料を調製した。それから、調製した塗料を、アクリル樹脂製の基材表面に、バーコート法により塗布した。そして、実施例１と同様にして、薄膜状の柔軟導電材料を得た。柔軟導電材料における導電材の配合量は、１１ｖｏｌ％である。
【００８３】
［比較例２］
第一ポリマーを配合せず、分散剤を配合して、柔軟導電材料を製造した。まず、エポキシ基含有アクリルゴムポリマー（同上）７１．４３質量部を、ブチルカルビトールアセテート１０００質量部に溶解し、ポリマー溶液を調製した。次に、調製したポリマー溶液に、多層カーボンナノチューブ（同上）１０．７１質量部と、導電性カーボンブラック（同上）７．１４質量部と、ポリビニルピロリドンの１０％ジメチルアセトアミド溶液１０．７１質量部と、を添加、混合して、塗料を調製した。それから、調製した塗料を、アクリル樹脂製の基材表面に、バーコート法により塗布した。そして、実施例１と同様にして、薄膜状の柔軟導電材料を得た。柔軟導電材料における導電材の配合量は、１０ｖｏｌ％である。
【００８４】
［比較例３］
溶剤の種類および配合量を変更した以外は、比較例１と同様にして、柔軟導電材料を製造した。すなわち、エポキシ基含有アクリルゴムポリマー（同上）８０質量部を、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）３００質量部、およびブチルカルビトールアセテート７００質量部の混合溶剤に溶解し、ポリマー溶液を調製した。
【００８５】
＜評価方法＞
［導電材の分散性］
調製した塗料における導電材の分散度を、ＪＩＳ Ｋ５６００−２−５（１９９９）に準じて測定した。そして、粒ゲージの読取り値が、２５μｍ以下の場合を良好（下記表１において○印で示す）、２５μｍを超えた場合を不良（同表において×印で示す）と、評価した。
【００８６】
［塗料の安定性］
調製した塗料を、室温下で１ヶ月間静置した後、目視にて観察した。そして、上澄みが生じなかった場合を良好（下記表１において○印で示す）、上澄みが生じた場合を不良（同表において×印で示す）と、評価した。
【００８７】
［導電性］
製造した柔軟導電材料の体積抵抗率を、ＪＩＳ Ｋ６２７１（２００８）の平行端子電極法に準じて測定した。この際、試験片を支持する絶縁樹脂製支持具として、市販のシリコーンゴムシート（クレハエラストマー（株）製）を用いた。
【００８８】
［柔軟性］
製造した柔軟導電材料について、ＪＩＳ Ｋ６２５１（２００４）に準じた引張試験を行った。試験片の形状は、試験片タイプ２とし、１００ｍｍ／ｍｉｎの速度で伸長した。そして、切断時伸び（Ｅｂ）を算出した。
【００８９】
＜評価結果＞
実施例および比較例の柔軟導電材料の評価結果を、原料の配合量と共に、表１に示す。表１中、原料の配合量の単位は質量部である。
【表１】
【００９０】
表１に示すように、第一ポリマーを用いなかった比較例１の柔軟導電材料においては、導電材の分散性、塗料の安定性のいずれも不良であった。これに対して、第一ポリマーを用いた実施例の柔軟導電材料においては、導電材の分散性、塗料の安定性のいずれも良好であった。なお、比較例３の柔軟導電材料においては、高極性の溶剤（ＮＭＰ）を用いることにより、導電材の分散性は向上したが、塗料の安定性は改善されなかった。また、比較例２の柔軟導電材料においては、分散剤が比較的多量に配合されているため、導電材の分散性、塗料の安定性のいずれも良好であった。
【００９１】
体積抵抗率の値から、実施例の柔軟導電材料は、高い導電性を有することが確認された。また、比較例２の柔軟導電材料においては、分散剤が比較的多量に配合されているため、切断時伸びが小さい。これに対して、実施例の柔軟導電材料においては、切断時伸びが大きくなった。ここで、実施例１〜３を比較すると、第二ポリマーの違いもあるが、第一ポリマーの配合量が少ないほど、切断時伸びが大きくなった。また、第二ポリマーの種類および配合量が同じ実施例３〜５と比較例２とを比較すると、分散剤を配合せずに第一ポリマーを用いた実施例３、４の切断時伸びは、分散剤を配合して第一ポリマーを用いなかった比較例２の切断時伸びよりも、大幅に大きくなった。なお、実施例５の柔軟導電材料においては、第一ポリマーが用いられているが、分散剤が少量配合されている。このため、実施例４の柔軟導電材料と比較して、切断時伸びが若干低下した。
【００９２】
以上より、第一ポリマーと第二ポリマーとを架橋させてマトリクスを形成することにより、導電材の分散性が良好で、柔軟性および導電性に優れた柔軟導電材料が実現できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明の柔軟導電材料は、エラストマーを利用した柔軟なトランスデューサの電極、配線に好適である。また、電磁波シールド、屈曲可能なディスプレイ等に使用されるフレキシブル配線板の配線としても好適である。さらには、導電性接着剤、ロボットや産業用機械の可動部の制御デバイス、ウェアラブルデバイスの電極、配線にも好適である。
【符号の説明】
【００９４】
１：アクチュエータ（トランスデューサ） １０：誘電膜 １１ａ、１１ｂ：電極
１２ａ、１２ｂ：配線 １３：電源
２：静電容量型センサ（トランスデューサ） ２０：誘電膜 ２１ａ、２１ｂ：電極
２２ａ、２２ｂ：配線 ２３ａ、２３ｂ：カバーフィルム ２４：コネクタ
３：発電素子（トランスデューサ） ３０：誘電膜 ３１ａ、３１ｂ：電極
３２ａ〜３２ｃ：配線
４：スピーカ（トランスデューサ）
４０ａ：第一アウタフレーム ４０ｂ：第二アウタフレーム
４１ａ：第一インナフレーム ４１ｂ：第二インナフレーム
４２ａ：第一誘電膜 ４２ｂ：第二誘電膜
４３ａ：第一アウタ電極 ４３ｂ：第二アウタ電極
４４ａ：第一インナ電極 ４４ｂ：第二インナ電極
４５ａ：第一振動板 ４５ｂ：第二振動板
４３０ａ、４３０ｂ、４４０ａ、４４０ｂ：端子 ４６０：ボルト ４６１：ナット
４６２：スペーサ
５：フレキシブル配線板
５０：弾性基材 ５１：表側配線用コネクタ ５２：裏側配線用コネクタ
０１Ｘ〜１６Ｘ：表側電極 ０１Ｙ〜１６Ｙ：裏側電極 ０１ｘ〜１６ｘ：表側配線
０１ｙ〜１６ｙ：裏側配線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクスと、該マトリクス中に分散される導電材と、を有する柔軟導電材料であって、 該マトリクスは、次の一般式（１）〜（４）で表されるポリマーから選ばれる一種以上であり該導電材の分散機能を有する第一ポリマーと、該第一ポリマーと架橋可能な第二ポリマーと、が架橋されてなることを特徴とする柔軟導電材料。
［式（１）〜（４）中、Ｘは第二ポリマーと架橋可能な置換基、Ｙは導電材と親和性を有する官能基、構成単位Ａ、Ｂ、Ｃは、各々、アクリル酸、メタクリル酸、およびこれらの塩、エステル、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ウレタンプレポリマー、ポリエーテル、ポリエーテルアミン、ポリアミン、ポリオール、ポリチオールから選ばれる一種、ｌ、ｍ、ｎは１以上の整数。］
【化１】
【化２】
【化３】
【化４】
【請求項２】
前記第一ポリマーの前記ポリマー中、置換基Ｙは、アミノ基または四級アンモニウム塩である請求項１に記載の柔軟導電材料。
【請求項３】
前記第一ポリマーの前記ポリマー中、置換基Ｘは、ヒドロキシル基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、およびシラノール基から選ばれる一種以上である請求項１または請求項２に記載の柔軟導電材料。
【請求項４】
前記第二ポリマーは、ガラス転移温度（Ｔｇ）が０℃以下のゴムポリマーを含む請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の柔軟導電材料。
【請求項５】
前記ゴムポリマーは、アクリルゴムポリマー、ヒドリンゴムポリマー、およびウレタンゴムポリマーから選ばれる一種以上である請求項４に記載の柔軟導電材料。
【請求項６】
前記第一ポリマーの配合量は、柔軟導電材料の全体を１００質量％とした場合の５質量％以上９０質量％以下である請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の柔軟導電材料。
【請求項７】
前記導電材は、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、およびグラファイトから選ばれる一種以上である請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の柔軟導電材料。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の柔軟導電材料からなる電極。
【請求項９】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の柔軟導電材料からなる配線。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の柔軟導電材料からなる電磁波シールド。
【請求項１１】
エラストマーまたは樹脂製の誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、複数の該電極と各々接続されている配線と、を備え、
該電極および該配線の少なくとも一方は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の柔軟導電材料からなるトランスデューサ。
【請求項１２】
弾性基材と、該弾性基材の表面に配置されている配線と、を備え、配線の少なくとも一部は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の柔軟導電材料からなるフレキシブル配線板。
【請求項１】
マトリクスと、該マトリクス中に分散される導電材と、を有する柔軟導電材料であって、 該マトリクスは、次の一般式（１）〜（４）で表されるポリマーから選ばれる一種以上であり該導電材の分散機能を有する第一ポリマーと、該第一ポリマーと架橋可能な第二ポリマーと、が架橋されてなることを特徴とする柔軟導電材料。
［式（１）〜（４）中、Ｘは第二ポリマーと架橋可能な置換基、Ｙは導電材と親和性を有する官能基、構成単位Ａ、Ｂ、Ｃは、各々、アクリル酸、メタクリル酸、およびこれらの塩、エステル、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ウレタンプレポリマー、ポリエーテル、ポリエーテルアミン、ポリアミン、ポリオール、ポリチオールから選ばれる一種、ｌ、ｍ、ｎは１以上の整数。］
【化１】
【化２】
【化３】
【化４】
【請求項２】
前記第一ポリマーの前記ポリマー中、置換基Ｙは、アミノ基または四級アンモニウム塩である請求項１に記載の柔軟導電材料。
【請求項３】
前記第一ポリマーの前記ポリマー中、置換基Ｘは、ヒドロキシル基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、およびシラノール基から選ばれる一種以上である請求項１または請求項２に記載の柔軟導電材料。
【請求項４】
前記第二ポリマーは、ガラス転移温度（Ｔｇ）が０℃以下のゴムポリマーを含む請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の柔軟導電材料。
【請求項５】
前記ゴムポリマーは、アクリルゴムポリマー、ヒドリンゴムポリマー、およびウレタンゴムポリマーから選ばれる一種以上である請求項４に記載の柔軟導電材料。
【請求項６】
前記第一ポリマーの配合量は、柔軟導電材料の全体を１００質量％とした場合の５質量％以上９０質量％以下である請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の柔軟導電材料。
【請求項７】
前記導電材は、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、およびグラファイトから選ばれる一種以上である請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の柔軟導電材料。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の柔軟導電材料からなる電極。
【請求項９】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の柔軟導電材料からなる配線。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の柔軟導電材料からなる電磁波シールド。
【請求項１１】
エラストマーまたは樹脂製の誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、複数の該電極と各々接続されている配線と、を備え、
該電極および該配線の少なくとも一方は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の柔軟導電材料からなるトランスデューサ。
【請求項１２】
弾性基材と、該弾性基材の表面に配置されている配線と、を備え、配線の少なくとも一部は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の柔軟導電材料からなるフレキシブル配線板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−３５９７４（Ｐ２０１３−３５９７４Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７４４９５（Ｐ２０１１−１７４４９５）
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（０００２１９６０２）東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（０００２１９６０２）東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【Ｆターム（参考）】
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