JP2007261100A - 電磁波シールド成形品とその製造方法並びに樹脂成形材料 - Google Patents

電磁波シールド成形品とその製造方法並びに樹脂成形材料 Download PDF

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Abstract

【課題】 0.5mm厚以下の薄肉部を有する電磁波シールド成形品において、800MHz以上における電磁波遮蔽性に優れるとともに、極めて薄い部分を樹脂爪とするスナップフィット構造を用いても割れやクラックの発生を抑制することができる電磁波シールド成形品とその製造方法並びにそのための樹脂成形材料を提供する。
【解決手段】 透磁性を有する充填材を含む導電性樹脂成形材料1を、成形品の所定表面部位に近接するように磁力を有する金型パーツ20を配置した金型2により射出成形し、導電性充填材10を表面偏析させて電磁波シールド成形品を製造する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、電磁波シールド成形品とその製造方法、そしてそのための樹脂成形材料に関するものである。
電子機器から発生する電磁波によるノイズの影響を低減させるために、その筐体等に導電性を付与して電磁波を遮蔽する電磁波シールドの技術が知られている。このような電磁波遮蔽性を有する筐体としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ABS樹脂等の熱可塑性樹脂からなる成形品の表面に金属のメッキや蒸着を施すことにより導電性が付与された筐体等が知られている。そして、蒸着による場合には、真空装置等の設備の負担が大きく、その生産性に大きな制約があり、また蒸着された金属の密着強度等の問題があることから、金属メッキ処理がより実際的であると考えられている。
しかしながら、成形品表面に金属メッキを施す方法ではメッキ処理工程が必要になるために製造工程が煩雑になり、また複雑な形状の成形品の場合にはメッキ処理が困難であるという問題があった。また、環境負荷低減の為、あるいは、電磁波遮蔽部品数の増大により、納期短縮や、コスト低減の為、メッキ処理に代替し得る技術手段の実現が求められていた。
このような背景において、従来より、金属フレーク、金属繊維、炭素繊維あるいは金属被覆炭素繊維などの導電性材料を配合した樹脂組成物からなる成形品を用いることにより電磁波遮蔽性を有する筐体等を得る方法が提案されている。
たとえば、金属コート炭素繊維を含有する熱可塑性樹脂成形品であって、金属コート炭素繊維の含有量が13〜35重量%で、かつ全金属コート炭素繊維中における繊維超が270〜800μmの範囲にある繊維が成形品中の8重量%以上を占めることを特徴とする電磁波遮蔽用樹脂成形品(特許文献1)や、熱可塑性樹脂(ゴム強化スチレン系樹脂またはゴム強化スチレン系樹脂と他の熱可塑性樹脂との混合物)(A)100重量部に対し、金属被覆繊維(B)5〜30重量部、酸化亜鉛ウィスカー(C)3〜20重量部および酸化チタン(D)0.5〜10重量部を配合してなる電磁波遮蔽用樹脂組成物(特許文献2)が提案されている。
しかしながら、これらの提案されているような電磁波遮蔽用樹脂成形品を得るための繊維状充填材含有組成物は、単軸・二軸押出機やニーダー等で混練されるために繊維が破断され繊維長が短くなり、繊維状充填材による補強効果が低下することになり、特に機械的強度を必要とする薄肉部を有する成形品を前記組成物で成形した場合には割れやクラックが発生することがあった。その一例として、ノート型パソコン、携帯電話、ビデオカメラ、デジタルカメラ等に用いられているメモリーカード等の部品に用いられる電磁波シールド成形品等が挙げられる。この種の筐体には、その内部に半導体デバイス等を収納する凹部等を有することがあるが、この場合、その部分は0.5mm厚以下の極薄肉部になることがある。また、携帯機器などの筐体、或いは各種デバイスを固定するために樹脂爪を用いて固定するスナップフィット構造を採用する場合には、樹脂爪部分も極薄肉部になる。このような薄肉部を有する電磁波シールド成形品に、上記提案のような電磁波シールド成形品を用いた場合には充分な機械的特性を充分に維持することが出来ず、環境試験時などで割れやクラックが発生することがあった。更に最近では、携帯機器などは高周波化が進み、携帯機器などは800MHz以上、1.5GHz、2GHz,3.5GHzでのシールド特性が必要になってきた。従来のものでは、電磁波遮蔽性も要求特性を満たさず、実用化できないのが現状である。
特許第2735748号公報 特開2000−129148号公報
本発明は、以上のとおりの背景から、従来の問題点を解消し、0.5mm厚以下の薄肉部を有する電磁波シールド成形品において、800MHz以上における電磁波遮蔽性に優れるとともに、極めて薄い部分を樹脂爪とするスナップフィット構造を用いても割れやクラックの発生を抑制することができる電磁波シールド成形品とその製造方法並びにそのための樹脂成形材料を提供することを課題としている。
本発明は、上記の課題を解決する手段として以下のことを特徴としている。
第1:透磁性を有する充填材を含む導電性樹脂成形材料を、
成形品の所定表面部位に近接するように磁力を有する金型パーツを配置した金型により射出成形し、導電性充填材を表面偏析させる電磁波シールド成形品の製造方法。
第2:透磁性を有する充填材がニッケルおよびパーマロイの少くともいずれかを含む上記の電磁波シールド成形品の製造方法。
第3:最薄肉部が0.1〜0.5mmを有する成形品を製造する上記いずれかの電磁波シールド成形品の製造方法。
第4:樹脂成形材料には、熱可塑性樹脂と共に導電性繊維を含む上記いずれかの電磁波シールド成形品の製造方法。
第5:(a)熱可塑性樹脂、(b)導電性繊維、並びに(c)透磁性を有する充填材を含む電磁波シールド成形品射出成形用の樹脂成形材料。
第6:(c)透磁性を有する充填材は、ニッケルおよびパーマロイの少くともいずれかである上記の樹脂成形材料。
第7:(c)透磁性を有する充填材の平均粒径は20〜100μmの範囲内である上記いずれかの樹脂成形材料。
第8:(b)導電性繊維は、金属被覆繊維である上記の樹脂成形材料。
第9:(b)導電性繊維の平均繊維長は100〜500μmの範囲内である上記いずれかの樹脂成形材料。
第10:(b)導電性繊維15〜30質量%、(c)透磁性を有する充填材1〜10質量%を含み、(a)熱可塑性樹脂の割合が60質量%以上である樹脂成形材料。
第11:(a)ABS樹脂、(b)金属被覆炭素繊維、並びに(c)フレーク状ニッケルを含み、(a)が85〜70質量%、(b)が15〜30質量%、(c)が1〜10質量%の範囲内である上記の樹脂成形材料。
第12:ABS樹脂が、熱重量分析において、昇温10℃/分、温度300℃における重量減少が3質量%以下のものである樹脂成形材料。
第13:熱可塑性樹脂中の10〜48質量%がPC樹脂である上記いずれかの樹脂成形材料。
第14:上記いずれかの樹脂成形材料による射出成形品であって、KEC法による電磁波シールド特性電界が800MHzで80dB以上、磁界が80dB以上である電磁波シールド成形品。
第15:携帯機器用筐体である上記の電磁波シールド成形品。
第16:成形品の所定表面部位に近接するように磁力を有する金型パーツを配置した金型により射出成形されて、導電性充填材が表面偏析されている上記の電磁波シールド成形品。
本発明によれば、透磁性を有する充填材が磁力を有する金型パーツ近傍の成形品表面に偏析することになり、これにより表面接触抵抗が低減し、優れた電磁波シールド性を発現することができる。
そして、本発明によれば、電磁波シールド性を必要とする成形品、特に薄肉部を有する電磁波シールド成形品において、800MHz以上における電磁波シールド成形品は電磁波遮蔽性に優れるとともに、0.5mm厚以下のような極めて薄い部分を有する部分においても良好に成形でき、かつ、薄肉部を樹脂爪とするスナップフィット構造を用いた場合にも割れやクラックの発生を抑制することができる。
本発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下に、その実施の形態について説明する。
本発明の電磁波シールド成形品の製造方法では、たとえば図1に模式的に例示したように、透磁性を有する充填材を含む導電性樹脂成形材料1を、成形品を所定表面部位に近接するように磁力を有する金型パーツ20を配置した金型2により射出成形する。これによって、導電性の充填材10を表面偏析させる。
磁力を有する金型パーツ20は、金型埋込み型あるいは金型脱着型の永久磁石、または電磁石であってよい。この際の磁力の強度、すなわち透磁性を有する充填材に作用する磁界で、これらを所定の成形品表面部位に偏析させる磁力強度は、電磁気シールド特性、透磁性を有する充填材の種類と表面偏析の度合等に応じて適宜に定めることができる。
透磁性を有する充填材としてはその種類が各種であってよいが、成形品の電磁気シールド特性や成形性等を考慮すると、ニッケルやパーマロイが好適なものとして挙げられる。これらは複数種が用いられてもよい。
より好ましくは、これらの充填材の平均粒径は20〜100μmの範囲内であり、さらにはフレーク状の形状のものが好適に考慮される。
そして、これらの透磁性を有する充填材とともに、本発明においては導電性の繊維を併用することが好ましく、このことによって薄肉成形品であってもその強度等の特性を確保可能とする。
より具体的には、本発明の0.5mm厚以下の部分を有する電磁波シールド成形品は前記樹脂ペレットを射出成形することにより得られる。なお、射出成形においては、前記樹脂ペレットをマスターパッチとし、その他のペレット等と共に配合して成形してもよい。
射出成形法としては、成形性に優れる高速射出成形及び/又は射出圧縮成形を用いることが好ましい。
但し、0.5mm以下の薄肉部を有する成形品を良好に成形するためには射出速度を250〜300mm/sec、好ましくは700〜1500mm/sec程度に設定することが好ましい。射出速度が速いほど0.5mm以下のような薄肉部を有する成形品を容易に成形するのに適しているが、300mm/sec以上となると樹脂焼けが発生するおそれがある。
さらに、成形品の配向を抑制し、また、0.5mm厚以下の部分に導電性繊維を長いままで存在させるためには射出圧縮成形法を用いるのが好ましい。通常の射出成形においても、射出条件を選ぶことによって、薄肉部分にも長繊維等を存在させることができるが、極めて薄い部分を有し、かつその部分の流動長が長い場合には通常の射出成形では薄い部分に長繊維を充分に存在させられなかったり、分布が不均一になったりするおそれがあるが、このような場合には射出圧縮成形法を用いることが好ましい。
すなわち、射出圧縮成形法は、射出成形の金型を目的とする成形品の厚み寸法よりも少し平板状態で、溶融樹脂を射出することにより薄肉部分に樹脂組成物を充填した後、型締めすることにより目的とする成形品を得る公知の射出成形法であるが、射出圧縮成形法を用いた場合には、予め金型を成形品の実際の厚みよりも開いたままで射出するために、成形品が0.5mm以下のような極めて薄い厚みの部分にも、長い繊維長の導電性繊維を充分存在させることができる。
従って、本発明においては特に、射出圧縮成形を用いることにより、極めて薄い部分にも数多くの長繊維を存在させ、電磁波シールド性及びスナップフィット性を高めることができるため好ましい。
磁力の作用を有する金型を用いて射出成形する本発明の方法においては、その成形のための樹脂成形材料、すなわち樹脂組成物としては、
(a)熱可塑性樹脂
(b)導電性繊維
(c)透磁性を有する充填材
を含むことが好ましい。このうち(b)導電性繊維は、たとえば金属被覆繊維であって、その平均長が100〜500μmの範囲内であるものが好ましい。
たとえば、本発明の電磁波シールド成形品は(a)熱可塑性樹脂、(b)金属被覆炭素繊維、(c)平均粒径20〜100μmのフレーク状導電性充填材とを含有した樹脂ペレットを射出成形することにより得られる。
熱可塑性樹脂としては各種のものであってよいがABS樹脂、MBS系樹脂およびそれらの変性樹脂(以下、「ABS樹脂等」ともいう)が好適なものの一つとして考慮される。アクロロニトリル、ブタジエン及びスチレンを主成分とする熱可塑性樹脂であるABS系樹脂、メタクリル酸メチル、ブタジエン及びスチレンを主成分とするMBS系樹脂の他、それらの、マレイン酸変性樹脂等の変性樹脂が挙げられる。これらの中ではABS系樹脂及びそれらの変性樹脂が好ましい。
本発明におけるABS樹脂等はポリブタジエン成分を15質量%以上含有する。このため、スナップフィット性に優れた電磁波シールド成形品を得ることができる。
ポリブタジェン成分の割合は15〜35質量%であり、好ましくは20〜30質量%である。前記割合が15質量%未満の場合には弾性が低くなり薄肉のスナップフィットのための樹脂爪(以下、樹脂爪という)を用いて半導体デバイス等を筐体に係合させる場合に割れ等が生じるおそれがある。また、35質量%以上の場合には成形品の剛性が低くなるためにスナップフィットの保持力が低くなり、さらに耐熱性も低下する傾向がある。
なお、ポリブタジエン成分を15質量%以上含有することにより、射出成形時に固化するまでの時間が長くなるとともに、高い圧縮性を得ることができるために薄肉成形性にも優れることになる。ポリブタジエン成分の含有割合は、ABS樹脂等ポロブタジエン成分のみを溶解させない溶媒でポリブタジエン成分のみを分離して、重量を測定すること等により算出される。なお、ポリブタジエン成分としてはブタジエンの単独重合体のみではなく、ブタジエンと共重合可能な成分との共重合体も含まれる。
ABS樹脂等の製法としては、特に限定されず、グラフト法、ブレンド法、グラフト−ブレンド法等が挙げられる。その中では、特に、グラフト−ブレンド法で得られるABS樹脂等はポリブタジエン成分のドメインサイズが小さく均質な特性をもつ樹脂であるため、炭素繊維との密着性が優れている点から好ましい。グラフト−ブレンド法は乳化重合法でポリブタジエン成分の多いABS樹脂等のベースポリマーを製造し、さらにこのベースポリマーを乳化重合法、塊状重合法、塊状懸濁重合法で得られたAS樹脂で希釈して製造する方法である。
本発明におけるABS樹脂等としては、昇温10℃/分、温度300℃において質量減少率が3質量%以下であることが好ましい。前記質量減少率が3質量%を超えるものであると、成形品表面にモールドデボジットを生じる傾向がある。従って、質量減少率はより小さいことが好ましい。
また、ABS樹脂等としては、荷重たわみ温度(ASTM D648、荷重1.82MPa)において、85℃以上のものが薄肉部を有する携帯用途の部品等には、機器の信頼性の点で好ましい。さらに、ABS系樹脂とMBS系樹脂とを併用する場合には成形性及び脱型性を向上させることができる点から好ましい。
本発明におけるポリブタジエン成分を15質量%以上含有するABS系樹脂等としては、例えば日本エイアンドエル(株)製の「クララスチック」や「サンタック」、UMGABS(株)製の「サイコラック」、東レ(株)製の「トヨラック」等のABS樹脂の他、UMGABS(株)製の「バルクサム」等のマレイミド系変性ABS樹脂、三菱レイヨン(株)製のメタブレン(商品名)等のMBS樹脂が挙げられる。これらは1種のみを用いても、2種以上を組合わせて用いてもよい。
本発明における熱可塑性樹脂はABS系樹脂等を50〜100重量%含有する。前記割合が50質量%未満の場合には、ポリブタジエン成分を多く含有するABS系樹脂等でも十分なスナップフィット性及び成形性を得ることが困難になる。
本発明における熱可塑性樹脂に含まれるABS系樹脂等以外の樹脂成分としては、例えばポリカーボネート系樹脂が挙げられる。ポリカーボネート系樹脂を用いた場合には成形品の機械的特性を向上させ、スナップフィット性をさらに向上させることができる。
ポリカーボネート系樹脂はジヒドロキシアリールアルカンから得られるものであり、任意に枝分かれしていてもよい。このポリカーボネート系樹脂は公知の方法により製造されるが、一般的にはヒドロキシ及び/又はポリヒドロキシ化合物をホスゲン又は炭酸のジエステルと反応させることにより製造される。ポリカーボネート系樹脂としては−30℃におけるアイゾット衝撃強度が100J/m以上のものを用いた場合には、得られる電磁波シールド成形品は低温環境においても高い衝撃性を有し、スナップフィットの樹脂爪付近においてクラックの発生を抑制する。
また、ポリカーボネート系樹脂としては、MFR(メルトフローレート:JIS K7210)値が280℃、荷重2.1kgの測定条件で10g/分以上のものが本発明の成形品を得るための樹脂組成物の流動性が低下することがないために薄肉の成形品を容易に成形することができる。
ポリカーボネート系樹脂としては、例えば、住友ダウ(株)製の「カリバー」、三菱エンジニアリングプラスチックス(株)製の「ユーピロン」、帝人化成(株)製の「パンライト」等が挙げられる。これらは1種のみを用いても、2種以上を組合わせて用いてもよい。
ポリカーボネート系樹脂を用いる場合の配合割合としては、熱可塑性樹脂中10〜48質量%、さらには、20〜40質量%であることが成形流動性を低下させずに機械的特性を向上させる点から好ましい。
本発明における射出成形用の樹脂成形材料のペレットには前記熱可塑性樹脂の他、金属被覆導電性繊維が含有される。たとえば金属被覆炭素繊維が挙げられる。更に他の導電性繊維を含有しても良い。導電性繊維としては、ステンレス繊維、アルミニウム繊維、銅繊維、黄銅繊維、銅繊維等の金属繊維、金属被覆ガラス繊維等が挙げられる。これらの中ではステンレス繊維、黄銅繊維が電磁波シールド性に優れている点から好ましい。
炭素繊維の具体例としては、例えば、東レ(株)製のトレカ、東邦テナックス(株)製等があげられ、ステンレス繊維の具体例としては、例えば、日本精線(株)やベカルト社製のステンレス繊維等が挙げられる。
なお、導電性繊維は樹脂成分との密着性を高めるためにシランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミネートカップリング剤等により表面処理されていることが好ましい。
本発明は上記以外の組成として、本発明の目的とする所望の特性を阻害しない範囲で従来公知の添加剤、例えば難燃剤、難燃助剤、熱安定剤、酸化防止剤、光安定剤、離型剤、流動改質剤、着色剤、滑剤、発泡剤等を必要に応じて添加してもさしつかえない。更に、カーボンブラック、金属粉、及び強化材や充填材、例えばガラス繊維、ガラスフレーク、ウイスカー、アラミド繊維、タルク、マイカ、ワラストナイト、クレー、シリカ、ガラス粉等を併用することもできる。
このようにして、得られる本発明の電磁波シールド成形品は、電磁波シールド性及びスナップフィット性を必要とし、かつ、極めて薄い部分を有する電磁波シールド成形品の各種用途、具体的には、例えば、携帯機器用筐体または携帯機器用の各種内部機構部品、メモリーカードケース等に好ましく用いられる。
たとえば、本発明によって、KEC法による電磁気シールド特性電界が800MHzで80dB以上、磁界について70dB以上である成形品が提供される。
以下本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。本実施例で用いた原材料を以下にまとめて示す。使用した熱可塑性樹脂及び充填材の詳細は以下の通りである。
(実施例1−7)
樹脂ペレットを製造した。表1に示した組成の樹脂ペレットAを用いて、以下の条件により各種試験片を成形した。樹脂ペレットの予備乾燥:120℃で5時間熱風循環式乾燥機により乾燥した。なお、図1のように樹脂成形材料に接する面に電磁石を配置した金型を用いた。電磁石により磁力の作用を制御できるようにした。
射出成形機:日精樹脂工業(株)製のES600
樹脂温度:250℃
金型温度:80℃
試験片:40×40mm、厚み0.5mmの薄肉部の周囲に幅10mm、厚み1mmの厚肉部を有する成形品(角形試験片)及び、図2に示したバネ3、3間の最大幅が6mm、各バネの最薄肉部の厚さが0.5mmの成形品(スナップフィット性評価試験片4)
(電磁波シールド性)
角形試験片の厚み0.5mmの部分を用いて、KEC法(関西電子工業振興センター)で100〜1000MHz評価した。また、表面抵抗についても評価した。
その結果を表1に示した。顕著な電磁気シールド特性と表面抵抗特性が得られることが確認された。
(スナップフィット性)
スナップフィット性評価試験片4を80ショット成形して、試験片4を図2に示す樹脂製の幅5mmの挿入部を有する嵌合体5に挿入し、挿入によって試料に割れやクラックの生じたものの数をカウントして評価した。
(成形機計量性)
スナップフィット性評価試験片成形の80ショットのうち計量時間が20秒を超えるものが8ショット以上発生した場合を不可、それ以外を可と評価した。
(成形不良率)
得られた80個の成形品を観察し未充填品の数を目視で数えた。
その結果、実施例1−7のいずれのものも成形機計量性は全て「可」と評価され、また成形不良品は確認できなかった。
(比較例1−2)
表1に記載の組成、ペレット形状、成形速度を用いた以外は実施例と同様にして成形品を得、評価した。実施例に比べて、電磁波シールド特性、表面抵抗性は劣っており、成形機計量性は「不可」ものが多く、成形不良率も高かった。
Figure 2007261100
本発明の金型による成形を模式的に示した断面図である。 スナップフィット性評価試験片と、スナップフィット性評価試験の概要を示した図である。
符号の説明
1 樹脂成形材料
10 導電性の充填材
2 金型
20 磁力を有する金型パーツ
3 バネ
4 スナップフィット性評価試験片
5 嵌合体

Claims (16)

  1. 透磁性を有する充填材を含む導電性樹脂成形材料を、
    成形品の所定表面部位に近接するように磁力を有する金型パーツを配置した金型により射出成形し、導電性充填材を表面偏析させることを特徴とする電磁波シールド成形品の製造方法。
  2. 透磁性を有する充填材がニッケルおよびパーマロイの少くともいずれかを含むことを特徴とする請求項1の電磁波シールド成形品の製造方法。
  3. 最薄肉部が0.1〜0.5mmを有する成形品を製造することを特徴とする請求項1または2の電磁波シールド成形品の製造方法。
  4. 樹脂成形材料には、熱可塑性樹脂と共に導電性繊維を含むことを特徴とする請求項1から3のいずれかの電磁波シールド成形品の製造方法。
  5. (a)熱可塑性樹脂、(b)導電性繊維、並びに(c)透磁性を有する充填材を含むことを特徴とする電磁波シールド成形品射出成形用の樹脂成形材料。
  6. (c)透磁性を有する充填材は、ニッケルおよびパーマロイの少くともいずれかであることを特徴とする請求項5の樹脂成形材料。
  7. (c)透磁性を有する充填材の平均粒径は20〜100μmの範囲内であることを特徴とする請求項5または6の樹脂成形材料。
  8. (b)導電性繊維は、金属被覆繊維であることを特徴とする請求項5から7のいずれかの樹脂成形材料。
  9. (b)導電性繊維の平均繊維長は100〜500μmの範囲内であることを特徴とする請求項5から8のいずれかの樹脂成形材料。
  10. (b)導電性繊維15〜30質量%、(c)透磁性を有する充填材1〜10質量%を含み、(a)熱可塑性樹脂の割合が60質量%以上であることを特徴とする請求項5から10のいずれかの樹脂成形材料。
  11. (a)ABS樹脂、(b)金属被覆炭素繊維、並びに(c)フレーク状ニッケルを含み、(a)が85〜70質量%、(b)が15〜30質量%、(c)が1〜10質量%の範囲内であることを特徴とする請求項10の樹脂成形材料。
  12. ABS樹脂が、熱重量分析において、昇温10℃/分、温度300℃における重量減少が3質量%以下のものであることを特徴とする請求項11の樹脂成形材料。
  13. 熱可塑性樹脂中の10〜48質量%がPC樹脂であることを特徴とする請求項10から12のいずれかの樹脂成形材料。
  14. 請求項5から13のいずれかの樹脂成形材料による射出成形品であって、KEC法による電磁波シールド特性電界が800MHzで80dB以上、磁界が80dB以上であることを特徴とする電磁波シールド成形品。
  15. 携帯機器用筐体である請求項14の電磁波シールド成形品。
  16. 成形品の所定表面部位に近接するように磁力を有する金型パーツを配置した金型により射出成形されて、導電性充填材が表面偏析されていることを特徴とする請求項14または15の電磁波シールド成形品。
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