導電体の開発と超弾性材料への付与

5.2 導電体の開発と超弾性材料への付与

筋電義手グローブにセンサ機能を付与するため，超弾性材料を用いた導電センサを 開発した．

電気を通しにくい絶縁体であるシリコーンに，カーボンブラック（スス＝炭化水素 の一群）を混入させることによって導電特性を付与した導電性シリコーンの存在は良 く知られている．シリコーンゴムに混入する導体としては，カーボンブラックの他，

銀粉末，金メッキされたシリカやグラファイト，導電性亜鉛華などが存在する [信越 シリコーン, 2019.12確認]．

そこで，本研究では，超弾性材料である熱可塑性エラストマーゲルに導電性を付与 する方法と，同じく超弾性材料であるシリコーンゲルに導電性を付与し，それをエラ ストマーゲル製グローブに付着させる方法の２種類の方法によって，超弾性材料に導 電特性を付与する方法を探索した．

導電性材料には，製造元の異なるカーボンブラック３種類を用いた．活性炭は，事 前の計測から導電性が低かったため試験から除外した（図5-1）．

5.2.1 エラストマーゲルへの導電性付与

まずはじめに，エラストマーゲルに導電性を不要する方法を試す．

熱可塑性エラストマーの熱可塑性という性質を利用し，ホットプレートとバーナー でエラストマーゲルを溶かし，材料を入れながら攪拌．導電するかまたは攪拌できな くなるまで材料を添加した．

図5-2 導電体開発実験の様子

実験の結果，エラストマーゲル（CRG-NTM15，㈱タナック）と，材料①のカーボン ブラック（EC600JD ，Lion Specialty Chemicals Co.、Ltd.，）が 0.38MΩで導電したが，

抵抗が不均一で不安定であった．また，エラストマーゲルの伸縮性が低下した．

材料②及び③は，溶かした状態では導電するが，成型後は絶縁状態になった．

このことより，エラストマーゲルは，絶縁性が高く，いったん導電しても，成型 後，伸縮性が低下してしまうため，エラストマーゲルに導電性を付与することは困難 であることが判明した．

図 5-3 導電エラストマーゲルの製作（1 回目：0Ω，2 回目：0.38ＭΩ）

5.2 導電体の開発と超弾性材料への付与

5.2.2 シリコーンゲルへの導電性付与

次に，シリコーンゲル（TSG-E50，㈱）タナック）とカーボン材料①②③を混ぜて 攪拌する．導電するまでカーボン材料を添加し，その後成形した．

図5-4 シリコーンゲル導電体開発実験の様子

実験の結果，材料①~③すべてのカーボンブラックで，TTシリコーンゲルに導電性 が付与された．しかしながら，材料②と③は，導電するまでの必要量が多く，成型後 は伸縮性が低く，また，カーボンが表面に出てしまうことが分かった．

最も安定した結果であったのは，材料①のカーボンブラック（EC600JD，Lion Specialty Chemicals Co. Ltd.，）であった．シリコーンゲルへのカーボンブラックの適 した混入量は，質量比3%-4%であった．

5.2.3 導電性を付与したシリコーンゲルのエラストマーへの塗布

5.2.1の結果より，エラストマーゲルで導電体を製作するのは困難であったため，5.2．

2 の導電性シリコーンゲルをエラストマー材料に塗布することでグローブ一体化を目 指す．

図 5-5 エラストマーゲル断片への塗布

まず，導電性シリコーンゲルを，エラストマーゲルの断片に塗布した（図5-5）．断 片が強く伸ばされると剥がれてしまう．

次に，導電性シリコーンゲルをエラストマー製グローブに均一に塗布した（図5-6）．

均一に塗布すれば，通常使用が可能であることが確認できたが，シリコーンは熱硬化 性樹脂であり，エラストマーと相反する性質を持つため，成型後に熱可塑性エラスト マーと粘着させることが難しかった．

図5-6 義手用グローブへの塗布

5.2.4 導電性シリコーンゲルのTTシリコーングローブへの塗布

硬化する前のシリコーン樹脂は，シリコーン同士で接着させることが容易に可能で ある．この性質を利用し，導電性シリコーンゲルを成形前の金型に塗布し，グローブ 内側が導電体となったＴＴシリコーングローブを試作した．

a. 導電体の金型への塗布 ｂ．グローブ内側 ｃ．グローブ表面

図5-7 導電性を付与したTTシリコーングローブの試作

このようにして，グローブ一体型の導電体が完成した（図5-7）．