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JP5210274B2 - 感圧センサ用ポリウレタン樹脂組成物、感圧センサ用ポリウレタン成形体、感圧センサおよびタッチパネル - Google Patents

感圧センサ用ポリウレタン樹脂組成物、感圧センサ用ポリウレタン成形体、感圧センサおよびタッチパネル Download PDF

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JP5210274B2 JP2009217870A JP2009217870A JP5210274B2 JP 5210274 B2 JP5210274 B2 JP 5210274B2 JP 2009217870 A JP2009217870 A JP 2009217870A JP 2009217870 A JP2009217870 A JP 2009217870A JP 5210274 B2 JP5210274 B2 JP 5210274B2
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Description

本発明は、感圧センサ用ポリウレタン樹脂組成物、感圧センサ用ポリウレタン成形体、感圧センサおよびタッチパネル、詳しくは、入力デバイスとして好適に用いられるタッチパネル、ならびに、それに用いられる感圧センサ用ポリウレタン樹脂組成物、感圧センサ用ポリウレタン成形体および感圧センサに関する。
従来より、感圧センサが用いられる入力デバイスとして、タッチパネルが広く知られている。
そのようなタッチパネルの方式として、例えば、抵抗膜式、静電容量方式、光学方式、超音波式などの各種方式が提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。
「フジクラ技報」第102号、2002年4月、p.42−46
しかし、抵抗膜式および静電容量方式のタッチパネルは、耐湿性および耐水性が低く、そのため、湿った指または濡れた指で触れると、誤検知を生じる場合がある。また、抵抗膜式および静電容量方式のタッチパネルは、耐電気ノイズ性および耐電磁波性も低く、そのため、工場内またはモータの周囲など、電気ノイズおよび電磁波を生じる環境で使用すると、誤検知を生じる場合がある。
また、光学方式のタッチパネルは、指を光学的に読み取る必要があり、そのため、検知光を通過させるためのスペースが必要であり、装置が厚くなるという不具合がある。
さらに、超音波式のタッチパネルでは、超音波発生装置が必要であり、重量が増大して、コストが増大するという不具合がある。
本発明の目的は、耐湿性、耐水性、耐電気ノイズ性および耐電磁波性に優れ、薄型化および軽量化を図ることができ、コストを低減することのできる、感圧センサ用ポリウレタン樹脂組成物、感圧センサ用ポリウレタン成形体、感圧センサおよびタッチパネルを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の感圧センサ用ポリウレタン樹脂組成物は、感圧センサに用いられるポリウレタン樹脂組成物であって、ポリイソシアネートと、平均活性水素基価が30〜550mgKOH/gである活性水素基含有化合物とを含有することを特徴としている。
また、本発明の感圧センサ用ポリウレタン樹脂組成物では、芳香環濃度が15〜25重量%であることが好適である。
また、本発明の感圧センサ用ポリウレタン成形体は、上記した感圧センサ用ポリウレタン樹脂組成物を成形させることにより得られ、光弾性を有することを特徴としている。
また、本発明の感圧センサ用ポリウレタン成形体では、−20〜60℃における光弾性定数の最高値が、1000×10−12Pa−1以上であることが好適である。
また、本発明の感圧センサ用ポリウレタン成形体では、ガラス転移温度が、−10〜35℃であることが好適である。
また、本発明の感圧センサは、上記した感圧センサ用ポリウレタン成形体を備えることを特徴としている。
また、本発明のタッチパネルは、上記した感圧センサを備えることを特徴としている。
本発明の感圧センサ用ポリウレタン樹脂組成物から得られる本発明の感圧センサ用ポリウレタン成形体は、軽薄化および軽量化を図りながら、優れた光弾性、さらには、優れた耐湿性、耐水性、耐電気ノイズ性および耐電磁波性を有している。
そのため、感圧センサ用ポリウレタン成形体を備える本発明の感圧センサでは、軽薄化および軽量化を図りながら、応力歪みのセンシングによって、感圧センサ用ポリウレタン成形体における応力発生箇所を確実に特定することができる。
その結果、本発明の感圧センサを備える本発明のタッチパネルは、装置の軽薄化および軽量化を図りながら、確実なセンシングを達成することができる。
図1は、本発明のタッチパネルの一実施形態(発光部および受光部が感圧センサ用ポリウレタン成形体の外側に配置される態様)の平面図を示す。 図2は、本発明のタッチパネルの他の実施形態(発光部および受光部が感圧センサ用ポリウレタン成形体の内側に配置される態様)の断面図を示す。
本発明の感圧センサ用ポリウレタン樹脂組成物(以下、単にポリウレタン樹脂組成物という。)は、ポリイソシアネートと、活性水素基含有化合物とを含有している。
ポリイソシアネートとしては、例えば、芳香族ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネート、脂環族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネートなどが挙げられる。
芳香族ポリイソシアネートとしては、例えば、4,4′−、2,4′−または2,2′−ジフェニルメタンジイソシアネートもしくはその混合物(MDI)、2,4−または2,6−トリレンジイソシアネートもしくはその混合物(TDI)、3,3′−ジメトキシビフェニル−4,4′−ジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)、m−またはp−フェニレンジイソシアネートもしくはその混合物、4,4′−ジフェニルジイソシアネート、4,4′−ジフェニルエーテルジイソシアネートなどの芳香族ジイソシアネートが挙げられる。
芳香脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、1,3−キシリレンジイソシアネート(XDI)もしくはその混合物、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)などの芳香脂肪族ジイソシアネートが挙げられる。
脂環族ポリイソシアネートとしては、例えば、3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、IPDI)、4,4′−、2,4′−または2,2′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートもしくはその混合物(H12MDI)、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンもしくはその混合物(水添キシリレンジイソシアネート、HXDI)、2,5−または2,6−ビス(イソシアナトメチル)ノルボルナンもしくはその混合物(NBDI)、1,3−シクロペンタンジイソシアネート、1,4−または1,3−シクロヘキサンジイソシアネートもしくはその混合物、メチル−2,4−シクロヘキサンジイソシアネート、メチル−2,6−シクロヘキサンジイソシアネートなどの脂環族ジイソシアネートが挙げられる。
脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート(TMDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、1,2−、2,3−または1,3−ブチレンジイソシアネート、2,4,4−または2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートなどの脂肪族ジイソシアネートが挙げられる。
これらポリイソシアネートは、単独使用または2種以上併用することができる。
これらポリイソシアネートのうち、好ましくは、芳香族ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネート、脂環族ポリイソシアネートが挙げられ、さらに好ましくは、ポリウレタン樹脂組成物における芳香環濃度を所定範囲に設定する観点から、芳香族ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネートが挙げられる。
活性水素基含有化合物は、活性水素基を有する有機化合物であって、活性水素基は、ポリイソシアネートのイソシアネート基と反応する活性水素基であり、例えば、水酸基、アミノ基、チオール基などが挙げられる。好ましくは、水酸基が挙げられる。
活性水素基含有化合物は、平均活性水素基価(活性水素基が水酸基である場合には、水酸基価)が、30〜550mgKOH/gであり、好ましくは、35〜350mgKOH/g、さらに好ましくは、40〜250mgKOH/g、とりわけ好ましくは、140〜230mgKOH/gである。
平均活性水素基価は、活性水素基含有化合物が単独使用される場合には、その活性水素基含有化合物の活性水素基価と同一である。
なお、各活性水素基含有化合物の活性水素基価は、単位重量(g)当りの活性水素基のモル数に56100(mgKOH)を乗じた値(mgKOH/g)として算出される。
また、平均活性水素基価は、複数の活性水素基含有化合物が併用される場合には、各活性水素基含有化合物の活性水素基価に、活性水素基含有化合物の配合部数を乗じて、それらを加算し、活性水素基含有化合物の配合部数の総量で割った値として算出される。
具体的には、2種類の活性水素基含有化合物AH1およびAH2が併用される活性水素基含有化合物の平均活性水素基価は、次式にて表される。
平均活性水素基価=[(AH1×M)+(AH2×N)]/(M+N)
AH1 :活性水素基含有化合物AH1の活性水素基価
M :活性水素基含有化合物AH1の配合部数
AH2 :活性水素基含有化合物AH2の活性水素基価
N :活性水素基含有化合物AH2の配合部数
平均活性水素基価が上記した範囲を超えると、感圧センサ用ポリウレタン成形体において、所望の光弾性を得ることができず、一方、平均活性水素基価が上記した範囲に満たないと、ガラス転移温度が過度に低くなり、加工性が低下する。
活性水素基含有化合物としては、例えば、ポリオール、ポリアミン、ポリチオールなどが挙げられる。好ましくは、ポリオールが挙げられる。
ポリオールとしては、例えば、低分子量ポリオールおよびマクロポリオールが挙げられる。
低分子量ポリオールは、水酸基を2つ以上有する数平均分子量40以上350未満の化合物であって、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブチレングリコール、1,3−ブチレングリコール、1,2−ブチレングリコール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2,6−ジメチル−1−オクテン−3,8−ジオール、アルカン(炭素数7〜22)ジオール、シクロヘキサンジメタノール、水素化ビスフェノールA、1,4−ジヒドロキシ−2−ブテン、ビスヒドロキシエトキシベンゼン、キシレングリコール、ビスヒドロキシエチレンテレフタレート、ビスフェノールA、ジエチレングリコール、トリオキシエチレングリコール、テトラオキシエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリオキシプロピレングリコール、テトラオキシプロピレングリコールなどの2価アルコール、例えば、グリセリン、2−メチル−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール、2,4−ジヒドロキシ−3−ヒドロキシメチルペンタン、1,2,6−ヘキサントリオール、トリメチロールプロパン、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)−3−ブタノールおよびその他の脂肪族トリオール(炭素数8〜24)などの3価アルコール、例えば、テトラメチロールメタン(ペンタエリスリトール)、ジグリセリンなどの4価アルコール、例えば、キシリトールなどの5価アルコール、例えば、ソルビトール、マンニトール、アリトール、イジトール、ダルシトール、アルトリトール、イノシトール、ジペンタエリスリトールなどの6価アルコール、例えば、ペルセイトールなどの7価アルコール、例えば、ショ糖などの8価アルコールなどが挙げられる。
これら低分子量ポリオールは、単独使用または2種以上併用することができる。
マクロポリオールは、水酸基を2つ以上有する数平均分子量350以上の化合物であって、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリウレタンポリオール、ポリオキシアルキレンポリエステルブロック共重合体ポリオール、アクリルポリオール、エポキシポリオール、天然油ポリオール、シリコーンポリオール、フッ素ポリオール、ポリオレフィンポリオールなどが挙げられる。
ポリエーテルポリオールとしては、例えば、ポリプロピレンポリオール、ポリテトラメチレンエーテルポリオールなどのポリオキシアルキレンポリオールなどが挙げられる。
ポリプロピレンポリオールとしては、例えば、上記した低分子量ポリオールを開始剤とする、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイドなどのアルキレンオキサイドの付加重合物(2種以上のアルキレンオキサイドのランダムおよび/またはブロック共重合体を含む)が挙げられる。
ポリテトラメチレンエーテルポリオールとしては、例えば、テトラヒドロフランのカチオン重合により得られる開環重合物や、テトラヒドロフランの重合単位に上記した2価アルコールを共重合した非晶性ポリテトラメチレンエーテルグリコールなどが挙げられる。
ポリエステルポリオールとしては、例えば、上記した低分子量ポリオールと、多塩基酸またはその酸無水物あるいはその酸ハライドとの反応により得られるポリエステルポリオールが挙げられる。
多塩基酸およびその酸無水物またはその酸ハライドとしては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、メチルコハク酸、グルタール酸、アジピン酸、1,1−ジメチル−1,3−ジカルボキシプロパン、3−メチル−3−エチルグルタール酸、アゼライン酸、セバチン酸、その他の脂肪族ジカルボン酸(C11〜C13)、水添ダイマー酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、オルソフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トルエンジカルボン酸、ダイマー酸、ヘット酸などのカルボン酸、および、これらのカルボン酸などから誘導される酸無水物、例えば、無水シュウ酸、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水2−アルキル(C12〜C18)コハク酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水トリメリット酸、さらには、これらのカルボン酸などから誘導される酸ハライド、例えば、シュウ酸ジクロライド、アジピン酸ジクロライド、セバチン酸ジクロライドなどが挙げられる。
また、ポリエステルポリオールとしては、例えば、上記した低分子量ポリオールを開始剤として、例えば、ε−カプロラクトン、γ−バレロラクトンなどのラクトン類を開環重合して得られる、ポリカプロラクトンポリオール、ポリバレロラクトンポリオールなどのラクトン系ポリエステルポリオールなどが挙げられる。
さらに、ポリエステルポリオールとして、例えば、上記した低分子量ポリオールと、水酸基含有植物油脂肪酸(例えば、リシノレイン酸を含有するひまし油脂肪酸、12−ヒドロキシステアリン酸を含有する水添ひまし油脂肪酸など)などのヒドロキシカルボン酸とを、公知の条件下、縮合反応させて得られる植物油系ポリエステルポリオールなどが挙げられる。
ポリカーボネートポリオールは、例えば、上記した低分子量ポリオールを開始剤として、例えば、触媒の存在下または不在下に、ホスゲン、ジアルキルカーボネート、ジアリルカーボネート、アルキレンカーボネートなどを反応させることにより、得ることができる。
ポリウレタンポリオールとしては、上記により得られたポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールおよび/またはポリカーボネートポリオールを、イソシアネート基に対する水酸基の当量比(OH/NCO)が1を超過する割合で、上記したポリイソシアネートと反応させることによって、ポリエステルポリウレタンポリオール、ポリエーテルポリウレタンポリオール、ポリカーボネートポリウレタンポリオール、あるいは、ポリエステルポリエーテルポリウレタンポリオールなどとして得ることができる。
ポリオキシアルキレンポリエステルブロック共重合体ポリオールとしては、例えば、特公昭48−10078号公報に記載されているように、ポリオキシアルキレンポリオールにポリエステル鎖をブロックした構造のもの、すなわち、ポリオキシアルキレンポリオールまたは水酸基を有するその誘導体の各ヒドロキシ基の水素原子と置換する部分が、一般式(1)
Figure 0005210274
(式中、R1およびR2はそれぞれ2価の炭化水素基であり、nは平均1より大きい数を示す。)で表されるものが含まれる。
一般式(1)中、R1で示される2価の炭化水素基としては、例えば、飽和脂肪族または芳香族ポリカルボン酸残基、R2で示される2価の炭化水素基としては、例えば、環状エーテル基をもつ化合物が開裂した残基が挙げられ、nは、好ましくは1〜20の数である。
このポリオキシアルキレンポリエステルブロック共重合体ポリオールは、上記したポリオキシアルキレンポリオール(ポリエーテルポリオール)に、ポリカルボン酸無水物とアルキレンオキシドを反応させることにより得られる。
マクロポリオールの数平均分子量は、例えば、350〜20000、好ましくは、600〜15000である。
これらマクロポリオールは、単独使用または2種以上併用することができる。好ましくは、ポリエーテルポリオール、ポリオキシアルキレンポリエステルブロック共重合体ポリオールが挙げられる。
活性水素基含有化合物は、単独使用または2種以上併用することができる。好ましくは、マクロポリオールの単独使用、または、低分子量ポリオールおよびマクロポリオールの併用が挙げられる。
低分子量ポリオールおよびマクロポリオールが併用される場合には、低分子量ポリオールの配合割合が、マクロポリオール100重量部に対して、例えば、1〜200重量部、好ましくは、5〜150重量部である。
そして、上記したポリイソシアネートと活性水素基含有化合物とを調製することにより、本発明の感圧センサ用ポリウレタン樹脂組成物を得る。
本発明の感圧センサ用ポリウレタン樹脂組成物において、芳香環濃度は、ポリウレタン樹脂組成物(ポリイソシアネートと活性水素基含有化合物との総量)に対して、好ましくは、15〜25重量%、さらに好ましくは、17〜23重量%である。
ポリウレタン樹脂組成物の芳香環濃度が上記した範囲内にあれば、光弾性定数を高めることができる。
なお、芳香環濃度は、芳香環の分子量を78(g/モル)として算出する。
そして、本発明の感圧センサ用ポリウレタン成形体は、このようにして得られる本発明の感圧センサ用ポリウレタン樹脂組成物から、ポリイソシアネートと活性水素基含有化合物とを反応させて、ポリウレタン樹脂組成物を硬化および成形することにより、得ることができる。
ポリイソシアネートと活性水素基含有化合物とを反応させるには、例えば、ワンショット法やプレポリマー法などの公知の成形方法に準拠することができる。
ワンショット法では、例えば、ポリイソシアネートと活性水素基含有化合物とを、イソシアネートインデックス(活性水素基濃度に対するイソシアネート基濃度の比に100を乗じた値、NCO濃度/活性水素基濃度×100)が、例えば、70〜400、好ましくは、80〜150となるように処方(混合)して、それらを成形型に注入して、例えば、0℃〜250℃、好ましくは、室温(20℃)〜150℃で、例えば、1分間〜7日間、好ましくは、10分間〜2日間、硬化反応させる。
この硬化反応では、ウレタン化触媒を添加することができる。ウレタン化触媒としては、例えば、錫系触媒(例えば、オクチル酸錫など)、鉛系触媒(例えば、オクチル酸鉛など)、ビスマス系触媒、有機金属系触媒、アミン系触媒などが挙げられ、好ましくは、鉛系触媒、錫系触媒が挙げられ、さらに好ましくは、高い光弾性定数を得る観点から、鉛系触媒が挙げられる。
ウレタン化触媒の配合割合は、ポリイソシアネート100重量部に対して、例えば、0.001〜2.0重量部、好ましくは、0.005〜1.0重量部である。
また、上記した硬化反応は、公知の溶媒の存在下で実施することもできる。
そして、成形型に注入して硬化反応させた後、脱型すれば、所定形状に成形された感圧センサ用ポリウレタン成形体を得ることができる。
プレポリマー法は、例えば、まず、ポリイソシアネートと活性水素基含有化合物の一部(例えば、マクロポリオール)とを反応させて、分子末端にイソシアネート基を有するイソシアネート基末端プレポリマーを合成する。次いで、得られたイソシアネート基末端プレポリマーと、活性水素基含有化合物の残部(鎖伸長剤:例えば、低分子量ポリオール)とを反応させて、硬化反応させる。
イソシアネート基末端プレポリマーを合成するには、ポリイソシアネートと活性水素基含有化合物の一部とを、イソシアネートインデックス(NCO濃度/活性水素基濃度×100)が、例えば、110〜2000、好ましくは、150〜1000となるように処方(混合)し、反応容器中にて、例えば、室温〜150℃、好ましくは、40〜120℃で、例えば、0.5〜18時間、好ましくは、2〜10時間、反応させる。
上記したイソシアネート基末端プレポリマーは、公知の溶媒の存在下で、合成することができる。
また、上記したイソシアネート基末端プレポリマーの合成後に、例えば、薄膜蒸留法などの蒸留法、例えば、液−液抽出法などの抽出法などの除去方法によって、未反応のポリイソシアネートを除去することもできる。
得られたイソシアネート基末端プレポリマーは、そのイソシアネート当量が、例えば、80〜2000、好ましくは、100〜1000である。
次いで、得られたイソシアネート基末端プレポリマーと、活性水素基含有化合物の残部とを反応させるには、イソシアネート基末端プレポリマーと、活性水素基含有化合物の残部とを、イソシアネートインデックス(NCO濃度/活性水素基濃度×100)が、例えば、50〜200、好ましくは、75〜125となるように処方(混合)し、成形型に注入して、例えば、0〜60℃、好ましくは、室温〜50℃で、例えば、5分〜72時間、好ましくは、1〜24時間、硬化反応させる。
この硬化反応においても、上記と同様のウレタン化触媒を、上記と同様の配合割合で添加することができる。また、この硬化反応は、公知の溶媒の存在下で実施することもできる。
そして、成形型に注入して硬化反応させた後、脱型すれば、所定形状に成形された感圧センサ用ポリウレタン成形体を得ることができる。
本発明の感圧センサ用ポリウレタン成形体は、光弾性、つまり、応力の発生により、成形体の内部を通過する光(例えば、レーザー光など)に複屈折を生じさせることができる。
具体的には、感圧センサ用ポリウレタン成形体は、−20〜60℃における光弾性定数の最高値が、例えば、1000×10−12Pa−1以上、好ましくは、2000×10−12Pa−1以上、さらに好ましくは、3000×10−12Pa−1以上であり、通常、100000×10−12Pa−1以下である。つまり、光弾性定数は、−20〜60℃の温度範囲において、例えば、ピークトップ(最高値)が、上記した範囲にあればよく、−20〜60℃の温度範囲すべてにわたって、上記した範囲になくてもよい。
感圧センサ用ポリウレタン成形体の光弾性定数は、「築地光雄、高和宏行、田實佳郎著“光学フィルム用・光弾性定数測定システムの開発”、精密学会誌73、253−258(2007)」の「光弾性定数測定方法」の記載に準拠して測定することができる。
光弾性定数が上記した範囲にあることにより、優れた光弾性を確保することができる。
また、感圧センサ用ポリウレタン成形体のガラス転移温度は、例えば、−10〜35℃、好ましくは、−5〜30℃、さらに好ましくは、0〜25℃である。
感圧センサ用ポリウレタン成形体のガラス転移温度は、動的粘弾性測定装置を用いて、周波数10Hzで、温度分散モードの測定により、得ることができる。
ガラス転移温度が上記した範囲にあることにより、光弾性定数を高めることができる。
なお、このようなポリウレタン樹脂組成物または感圧センサ用ポリウレタン成形体には、必要に応じて、例えば、消泡剤、可塑剤、レベリング剤、艶消し剤、難燃剤、揺変剤、粘着付与剤、増粘剤、滑剤、帯電防止剤、界面活性剤、反応遅延剤、脱水剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、加水分解防止剤、耐候安定剤などの公知の添加剤を適宜配合することができる。
図1は、本発明のタッチパネルの一実施形態(発光部および受光部が感圧センサ用ポリウレタン成形体の外側に配置される態様)の平面図を示す。
次に、上記した感圧センサ用ポリウレタン成形体を備える感圧センサおよびそれを備えるタッチパネルを、図1を参照して説明する。なお、図1において、紙面上下方向を「縦方向」、紙面左右方向を「横方向」とする。
図1において、このタッチパネル1は、感圧センサ2と、感圧センサ2によりセンシングした信号を処理する処理部3とを備えている。
感圧センサ2は、感圧センサ用ポリウレタン成形体4と、感圧センサ用ポリウレタン成形体4における応力発生を検知するための応力発生検知部15とを備えている。
感圧センサ用ポリウレタン成形体4は、所定形状の成形型(注形型)によりシート状に形成されているか、あるいは、脱型後の裁断によって所定形状のシート状に形成されている。具体的には、感圧センサ用ポリウレタン成形体4は、平面視略矩形平板シート形状に形成されている。感圧センサ用ポリウレタン成形体4の厚みは、特に限定されず、例えば、0.005〜50mm、好ましくは、0.01〜10mm、さらに好ましくは、0.1〜5mmである。
応力発生検知部15は、光センサからなり、感圧センサ用ポリウレタン成形体4の両側を挟むように設けられる1対の発光部5および受光部8を備えている。
発光部5は、感圧センサ用ポリウレタン成形体4における縦方向一方側に配置され、横方向に沿って複数並列配置される縦側発光部6と、感圧センサ用ポリウレタン成形体4における横方向一方側に配置され、縦方向に沿って複数並列配置される横側発光部7とを備えている。
縦側発光部6は、横方向他方側から一方側に向かって順次配置される、第1発光部5A、第2発光部5Bおよび第3発光部5Cを備えている。横側発光部7は、縦方向一方側から他方側に向かって順次配置される、第4発光部5D、第5発光部5Eおよび第6発光部5Fを備えている。
受光部8は、各発光部5に対応して設けられており、縦側発光部6および横側発光部7と感圧センサ用ポリウレタン成形体4を挟むように対向配置される、縦側受光部9および横側受光部10を備えている。
縦側受光部9は、感圧センサ用ポリウレタン成形体4の縦方向他方側において、横方向に沿って複数並列配置されている。つまり、縦側受光部9は、第1発光部5A、第2発光部5Bおよび第3発光部5Cに対応し、横方向他方側から一方側に向かって順次配置される、第1受光部8A、第2受光部8Bおよび第3受光部8Cを備えている。
横側受光部10は、感圧センサ用ポリウレタン成形体4の横方向他方側において、縦方向に沿って複数並列配置されている。つまり、横側受光部10は、第4発光部5D、第5発光部5Eおよび第6発光部5Fに対応し、縦方向一方側から他方側に向かって順次配置される、第4受光部8D、第5受光部8Eおよび第6受光部8Fを備えている。
これにより、感圧センサ用ポリウレタン成形体4における、各発光部5と各受光部8とを結ぶ線上、より具体的には、縦側発光部6および縦側受光部9を結ぶ線と、横側発光部7および横側受光部10を結ぶ線との交点上には、指などに接触されたとき、それを検知するための複数(9つ)の検知部(実線および破線の円にて示される)11(11a〜11i)が区画されている。
また、感圧センサ2には、感圧センサ用ポリウレタン成形体4と、発光部5および受光部8との間に介在される偏光フィルム13が複数(4つ)設けられている。具体的には、各偏光フィルム13は、感圧センサ用ポリウレタン成形体4および縦側発光部6の間と、感圧センサ用ポリウレタン成形体4および横側発光部7の間と、感圧センサ用ポリウレタン成形体4および縦側受光部8の間と、感圧センサ用ポリウレタン成形体4および横側発光部9の間とに、それぞれ配置されている。
処理部3は、例えば、LED14などを備え、各受光部8と配線12を介して電気的に接続されている。処理部3は、縦側受光部9において検知されるレーザー光の複屈折の検知信号と、横側受光部10において検知されるレーザー光の複屈折の検知信号とから、感圧センサ用ポリウレタン成形体4のいずれの検知部11に指が接触されているかを判断し、LED14に表示する。
次に、このタッチパネル1を用いて、感圧センサ用ポリウレタン成形体4の応力発生箇所をセンシングする方法について説明する。
まず、応力発生検知部15において、発光部5から受光部8に向けて、感圧センサ用ポリウレタン成形体4の内部を通過するように、レーザー光を出射する。このとき、感圧センサ用ポリウレタン成形体4においては、レーザー光に複屈折が生じていないため、偏光フィルム13により、レーザー光が遮断されており、受光部8では、受光されていない。
次いで、検知部11(11a、実線)に指を接触させ、検知部11に応力を発生させる。
すると、検知部11において複屈折が生じるので、複屈折したレーザー光が、受光部8によって受光される。
より具体的には、検知部11aの縦方向他方側および横方向他方側にそれぞれ配置される第1受光部8Aおよび第4受光部8Dが、検知部11aにおける複屈折の有無を検知する。
続いて、処理部3には、第1受光部8Aおよび第4受光部8Dの複屈折の検知に基づく電気信号が入力され、これにより、処理部3が、応力発生箇所が検知部11aであることを検知する。
また、その他の検知部11(11b〜11i)についても、上記と同様にして、応力発生箇所を検知する。
そして、感圧センサ用ポリウレタン成形体4は、軽薄化および軽量化を図りながら、優れた光弾性、さらには、優れた耐湿性、耐水性、耐電気ノイズ性および耐電磁波性を有している。つまり、濡れた指で、感圧センサ用ポリウレタン成形体4に触れた場合でも、応力発生箇所の誤検知の発生を有効に防止することができる。
そのため、感圧センサ用ポリウレタン成形体4を備える感圧センサ2では、軽薄化および軽量化を図りながら、応力歪みのセンシングによって、感圧センサ用ポリウレタン成形体4における応力発生箇所を確実に特定することができる。
その結果、感圧センサ2を備えるタッチパネル1は、装置の軽薄化および軽量化を図りながら、確実なセンシングを達成することができる。
なお、上記した説明では、発光部5および受光部8をともに、平面視において、感圧センサ用ポリウレタン成形体4の外側に設けているが、その配置は、特に限定されず、例えば、図2に示すように、感圧センサ用ポリウレタン成形体4の内側に設けることもできる。
図2において、感圧センサ用ポリウレタン成形体4の周端部には、ミラー16が設けられている。ミラー16は、感圧センサ用ポリウレタン成形体4の縦方向外側および横方向外側に隣接配置され、下方に向かうに従って外側に略45度で傾斜して配置される上部ミラー面19と、上部ミラー面19の下端に連続し、下方に向かうに従って内側に略45度で傾斜して配置される下部ミラー面20とを備えている。
発光部5は、感圧センサ用ポリウレタン成形体4の下側において、下部ミラー面19と内側(縦方向他方側および横方向他方側、図1参照)に間隔を隔てて配置されている。
受光部8は、感圧センサ用ポリウレタン成形体4の下側において、下部ミラー面19と内側(縦方向一方側および横方向一方側、図1参照)に、偏光板13を挟んで対向配置されている。
そして、このタッチパネル1では、検知部11に指を接触させて、検知部11に応力を発生させると、検知部11において複屈折が生じるので、複屈折したレーザー光が、ミラー16によって反射された後、受光部8によって受光される。これにより、処理部3(図1参照、図2において図示されない)が、検知部11における応力発生箇所を検知する。
このタッチパネル1では、発光部5および受光部8が感圧センサ用ポリウレタン成形体4の内側に設けられているので、装置のコンパクト化を図ることができる。
なお、上記した図1および図2の説明では、本発明の感圧センサ用ポリウレタン成形体を、感圧センサ2を備えるタッチパネル1に用いているが、その用途は、特に限定されず、図示しないが、例えば、光シャッター、収差補正素子(レンズ収差補正素子)などに用いることもできる。
以下に、実施例、参考例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。
なお、実施例、参考例および比較例および表1〜表5において記載する略号の詳細を記載する。
トリオール8500:ポリプロピレントリオール、開始剤:グリセリン、数平均分子量8500、水酸基価20mgKOH/g
トリオール5000:ポリプロピレントリオール、開始剤:グリセリン、数平均分子量5000、水酸基価34mgKOH/g
トリオール3000:ポリプロピレントリオール、開始剤:グリセリン、数平均分子量3000、水酸基価56mgKOH/g
トリオール1500:ポリプロピレントリオール、開始剤:グリセリン、数平均分子量1500、水酸基価112mgKOH/g
トリオール1000:ポリプロピレントリオール、開始剤:グリセリン、数平均分子量1000、水酸基価168mgKOH/g
トリオール700:ポリプロピレントリオール、開始剤:グリセリン、数平均分子量700、水酸基価240mgKOH/g
トリオール300:ポリプロピレントリオール、開始剤:グリセリン、数平均分子量300、水酸基価560mgKOH/g
ジオール1000:ポリプロピレンジオール、開始剤:エチレングリコール、数平均分子量1000、水酸基価110mgKOH/g
ジオール400:ポリプロピレンジオール、開始剤:エチレングリコール、数平均分子量400、水酸基価280mgKOH/g
1,4−BG:1,4−ブチレングリコール、水酸基価1245mgKOH/g
DPG:ジプロピレングリコール、水酸基価836mgKOH/g
3P−56M:ポリオキシアルキレンポリエステルブロック共重合体ポリオール、平均官能基数約3、水酸基価:56mgKOH/g
1,3−HXDI:1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン
1,3−XDI:1,3−キシリレンジイシソアネート
12MDI:ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート
TDI−100:2,4−トリレンジイソシアネート
TDI−80:2,4−および2,6−トリレンジイソシアネートの異性体混合物(2,4/2,6異性体混合比80:20)
TDI−65:2,4−および2,6−トリレンジイソシアネートの異性体混合物(2,4/2,6異性体混合比65:35)
4,4’−MDI:4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート
2,2’−MDI:2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート
プレポリマーXDI−1:トリオール3000および1,3−XDIの反応により得られるイソシアネート基末端プレポリマー(配合割合:50重量部/29.37重量部)
プレポリマーPH−1:トリオール3000および4,4’−MDIの反応により得られるイソシアネート基末端プレポリマー(配合割合:50重量部/39.3重量部)
オクチル酸鉛:商品名「ヘキソエート鉛24%」、触媒、東栄化工社製
オクチル酸錫:商品名「ダブコT−9」、触媒、エアプロダクツ アンド ケミカルズ社製BYK−070:破泡性ポリマーおよびポリシロキサンの溶液、ビックケミー・ジャパン社製
参考例1〜13、実施例14、参考例15、16、実施例17、18、参考例19、実施例24〜26および比較例1〜3
表1〜表5に基づいて、ポリイソシアネートと活性水素基含有化合物と触媒と(必要により配合される消泡剤と)を処方して、参考例1〜13、実施例14、参考例15、16、実施例17、18、参考例19、実施例24〜26および比較例1〜3の感圧センサ用ポリウレタン成形体を成形した。
具体的には、まず、ポリイソシアネートと活性水素基含有化合物と触媒と(必要により配合される消泡剤と)を、所定の温度(混合前の液温)にて、混合ポットに、所定のイソシアネートインデックスとなる割合で投入し、混合しながら減圧下にて30秒間脱泡した。
その後、これを、注形型の空隙に流し込み、100℃にて、24時間、硬化させた。これにより、厚み2.0mmのシート状の感圧センサ用ポリウレタン成形体を得た。なお、注形型は、厚み方向に対向する2枚の平坦な金属板と、それらの周端部の間(空隙)に挟み込まれた切片状のスペーサーとから形成されている。
参考例20および21
まず、プレポリマーXDI−1を調製した。
すなわち、プレポリマーXDI−1は、1,3−XDI 29.37重量部およびトリオール3000 50重量部を配合(イソシアネートインデックス:625)して、80℃で、5時間反応させることにより、調製した。
その後、表4に基づいて、プレポリマーXDI−1と活性水素基含有化合物と触媒と消泡剤とを処方して、参考例1と同様に、硬化させることにより、参考例20および21の感圧センサ用ポリウレタン成形体を成形した。
実施例22および23
まず、プレポリマーPH−1を調製した。
すなわち、プレポリマーPH−1は、4,4’−MDI 39.3重量部およびトリオール3000 50重量部を配合(イソシアネートインデックス:629)して、80℃で、5時間反応させることにより、調製した。
その後、表4に基づいて、プレポリマーPH−1と活性水素基含有化合物と触媒と消泡剤とを処方して、参考例1と同様に、硬化させることにより、実施例22および23の感圧センサ用ポリウレタン成形体を成形した。
Figure 0005210274
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(評価)
(1)光弾性定数
各実施例、各参考例および各比較例の−20〜60℃における感圧センサ用ポリウレタン成形体の光弾性定数を、「築地光雄、高和宏行、田實佳郎著“光学フィルム用・光弾性定数測定システムの開発”、精密学会誌73、253−258(2007)」の「光弾性定数測定方法」の記載に準拠して測定し、その最高値を得た。その結果を、表1〜表5に記載する。
(2)ガラス転移温度
各実施例、各参考例および各比較例の感圧センサ用ポリウレタン成形体のガラス転移温度(Tg)は、動的粘弾性測定装置(VES−F−III、VISCO−ELASTICSPECTROMETER、岩本製作所社製)を用いて、長さ10.0cm、幅5.0mm、厚み2.0mmの短冊状に裁断したサンプル片を、昇温速度3℃/分、振動数10Hz、振幅±0.01mmの温度分散モードにて測定し、得られたデータのtanδのピーク値として算出した。その結果を、表1〜表5に記載する。
(3)外観
各実施例、各参考例および各比較例の感圧センサ用ポリウレタン成形体の透明の度合いを、肉眼にて観察した。その結果を、表1〜表5に記載する。
1 タッチパネル
2 感圧センサ
4 感圧センサ用ポリウレタン成形体

Claims (6)

  1. 感圧センサに用いられるポリウレタン樹脂組成物であって、
    ポリイソシアネートと、
    平均活性水素基価が30〜550mgKOH/gである活性水素基含有化合物と
    を含有し、
    芳香環濃度が15〜25重量%であることを特徴とする、感圧センサ用ポリウレタン樹脂組成物。
  2. 請求項1に記載のポリウレタン樹脂組成物を成形することにより得られ、
    光弾性を有することを特徴とする、感圧センサ用ポリウレタン成形体。
  3. −20〜60℃における光弾性定数の最高値が、1000×10−12Pa−1以上で
    あることを特徴とする、請求項に記載の感圧センサ用ポリウレタン成形体。
  4. ガラス転移温度が、−10〜35℃であることを特徴とする、請求項またはに記載
    の感圧センサ用ポリウレタン成形体。
  5. 請求項のいずれかに記載の感圧センサ用ポリウレタン成形体を備えることを特徴
    とする、感圧センサ。
  6. 請求項に記載の感圧センサを備えることを特徴とする、タッチパネル。
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