JP2008045019A - ドリル穴開け加工用シート - Google Patents

Abstract

【課題】プリント配線板材料のドリル穴開け加工時に用いるバックアップボードとして、ドリル切削性が良好で再生可能な熱可塑性樹脂シートを提供する。
【解決手段】（Ｃ）スチレン系樹脂、及び（Ｄ）ポリオレフィン系樹脂から選ばれる少なくとも１種の（Ａ）熱可塑性樹脂、及び（Ｂ）セルロース系材料粉末を含む熱可塑性樹脂組成物よりなるシート。（Ａ）熱可塑性樹脂の一部が廃材であってもよい。また、更に（Ｅ）金属付着防止添加剤を含むことが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、熱可塑性樹脂製シートに関するものであり、特にはプリント配線板材料のドリル穴開け加工時に用いるバックアップボードであって、ドリルでの切削加工性が良好であり、かつ再生が可能であるという特長を有する熱可塑性樹脂製シートに関するものである。

熱可塑性樹脂製シートは様々な分野で使用されており、また熱硬化性樹脂成形体の代替物としても期待されている。
例えば多くの電気・電子機器の電気回路用部品としてプリント配線板は使用されている。プリント配線板の製造工程の一つであるドリル穴開け工程では、複数枚のプリント配線板となる基板のドリル侵入側にエントリーボード、反対側にバックアップボードと言われるドリル加工用積層板を配設してドリル加工を行えば、ドリルの食いつきが良くなり、プリント配線板に設けられる穴の位置の精度が向上し、バリやかえりを生じさせず、ドリルの先端を損傷させないように穴開けができることが知られている。このようなドリル加工用バックアップボードとしては、紙基材熱硬化性樹脂積層板やアルミニウム板が用いられてきた。

また、ドリル穴開け加工性を向上するために、紙基材熱硬化性樹脂硬化物の粉砕物と未硬化フェノール樹脂の混合物から調製した積層板（例えば特許文献１参照）、セルロース系シートの両面にアルミニウム箔を積層したボード（例えば特許文献２参照）などが提案されている。
しかし、アルミニウム板の場合にはドリル折れの発生頻度が高いなどドリル損傷の点で、フェノール樹脂など熱硬化性樹脂板の場合には再生が不可能で産業廃棄物発生量が多くなる点で、必ずしも十分に市場の要求を満足しているわけではない。
また通常、熱可塑性樹脂は再生が可能であるが、熱可塑性樹脂シートの中にはドリル加工時に発生する摩擦熱により樹脂が溶融し、ドリルビットへの樹脂の巻き付きが多くなり、切削性が十分でないためドリル穴開け加工用バックアップボードとして不向きな熱可塑性樹脂シートもあった。

また、本発明者らは無機系充填剤を含有した熱可塑性樹脂シートを特許文献３で提案したが、切削性を向上するためには無機充填剤の含有量を多くする必要があり、その場合にはシートの強度低下及び重量増となり改善が要望されていた。
特開２００１−２５９９１１号公報 特開平１１−２７７４９９号公報 特開２００５−３０７０８７号公報

本発明は、加工時、例えばプリント配線板材料のドリル穴開け加工時のバックアップボードとして用いた時に、ドリルビッドへの樹脂の巻き付きがなくさらに再生可能で良好な強度を持つ軽量なドリル穴開け加工用バックアップボードとして好ましい熱可塑性樹脂製シートおよびシート用樹脂組成物を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、（Ａ）熱可塑性樹脂１００質量部及び（Ｂ）セルロース系材料粉末１０〜１５０質量部を含み、かつ該（Ａ）熱可塑性樹脂が（Ｃ）スチレン系樹脂、（Ｄ）ポリオレフィン系樹脂の中から選ばれる少なくとも1種以上を含むことを特徴とするシート用樹脂組成物を用いることで、ドリルでの切削加工性が良好であり、かつ再生が可能であるという特長を有する熱可塑性樹脂製ドリル穴開け加工シートを得ることができた。

本発明の熱可塑性樹脂組成物より成形された特定のシートは、プリント配線板材料のドリル穴開け加工時のバックアップボードとして用いた時に、ドリルビッドへの樹脂の巻き付きがなく良好な結果が得られるという効果を奏する。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のドリル穴開け加工用シートは、（Ａ）熱可塑性樹脂１００質量部、及び（Ｂ）セルロース系材料粉末１０〜１５０質量部を含む熱可塑性樹脂シートである。（Ａ）熱可塑性樹脂は、（Ｃ）スチレン系樹脂、（Ｄ）ポリオレフィン系樹脂の中から選ばれる少なくとも1種以上を含む。（Ａ）熱可塑性樹脂の形態は、非相溶の混合物であっても、または完全相溶したポリマーアロイでもよく、その中間の部分相溶の形態であってもよい。

本発明で用いることのできる（Ｃ）スチレン系樹脂としては、ポリスチレン（以下ＰＳと略記することもある）、耐衝撃性ポリスチレン（以下ＨＩＰＳと略記することもある）、スチレン−アクリロニトリル共重合体系樹脂（以下ＡＳ樹脂と略記することもある）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体系樹脂（以下ＡＢＳ樹脂と略記することもある）、ポリカーボネート（以下ＰＣと略記することもある）とアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体系樹脂（ＡＢＳ樹脂）のアロイ、変性ポリフェニレンエーテル樹脂（以下変性ＰＰＥ樹脂と略記することもある）の中の１種、または２種以上の混合物があげられる。これらの中でもポリスチレンが特に好適である。

（Ｄ）ポリオレフィン系樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン等があげられる。これらは混合物やポリマーアロイであってもよい。ポリエチレン、ポリプロピレンは、ワックスであってもよく、ポリエチレンは超高分子量ポリエチレンであってもよい。中でもポリプロピレンが最も好適である。ポリプロピレンはその分子構造がホモポリマー、ブロックコポリマー、ランダムコポリマーのいずれであっても良く、またはそれらの混合物であっても良い。

また前記（Ｄ）ポリオレフィン系樹脂は変性ポリオレフィンでも良い。変性ポリオレフィンとしては、酸又は酸無水物変性ポリオレフィン及びアクリル酸、メタクリル酸、及び無水マレイン酸とスチレンとの共重合体、空気酸化処理されたポリオレフィンなどが挙げられる。好ましくは、無水カルボン酸基で変性したポリオレフィンである。酸又は酸無水物の含有量は、変性重合体中に１〜２０重量％で、好ましくは５〜１５重量％である。特に,通常の変性重合体より酸又は酸無水物含有量の多い変性重合体が良い。例えば、クラリアント社から市販されている無水マレイン酸をグラフト重合したポリプロピレンワックス「リコモントＡＲ５０４」や、三洋化成株式会社から市販されている無水カルボン酸基変性低分子量ポリプロピレン「ユーメックス１０１０」が好ましい例として挙げられる。

（Ａ）熱可塑性樹脂を構成する（Ｃ）スチレン系樹脂及び（Ｄ）ポリオレフィン系樹脂は、一般に市販されているものでよく、熱可塑性樹脂に一般的に使用されている各種添加剤を含有していてもよい。添加剤としては、例えば酸化防止剤、紫外線吸収剤、ＨＡＬＳ、充填剤、顔料、染料、抗菌剤、滑剤、離型剤、相溶化剤、難燃剤等があげられる。
また十分な分別と洗浄がされたものならば、（Ａ）熱可塑性樹脂を構成する前記樹脂は回収された廃材であっても良い。その場合、環境負荷低減やコストダウン効果が期待できる。特に樹脂製造プラントや樹脂成形工場から排出される樹脂廃材は、品質管理がしやすく安定的に供給されるので特に好適である。

本発明で用いる（Ｂ）セルロース系材料粉末は、木粉、紙粉、不織布の粉砕粉、レーヨン繊維粉砕粉、物理パルプ、化学パルプなど熱可塑性樹脂組成物の成形加工時及びドリル穴あけ加工時の熱で溶融しない成分であれば良く、一般的に樹脂の充填剤として使用されているものが入手の面で好適である。また十分な分別と洗浄がされたものならば、廃材であっても良い。

（Ｂ）セルロース系材料粉末の粒子径は細かい方がシート表面平滑性の点で好ましい。（Ｂ）セルロース系材料粉末の形状が繊維形状であれば、平均繊維長が１０００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下、更に好ましくは２００μｍ以下であることが好ましい。平均繊維長は小さければ小さいほどシートの表面平滑性は良くなるが、コスト及び粉末の取扱性の点から最適なものが決まる。なお、ここでいう平均繊維長とは、シート用樹脂組成物を構成する他の原料と混合する前の値である。

一方、（Ｂ）セルロース系材料粉末の形状が粒径であれば、平均粒径が１０００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下、更に好ましくは２００μｍ以下の充填剤を用いることが好ましい。平均粒径は小さければ小さいほどシートの表面平滑性は良くなるが、コスト及び粉末の取扱性の点から最適なものが決まる。なお、ここでいう平均粒径とは、シート用樹脂組成物を構成する他の原料と混合する前の値である。
尚、本発明に於いて（Ｂ）セルロース系材料粉末の平均繊維長及び平均粒径とシートの表面粗度とは相関があり、平均繊維長及び平均粒径が小さいほどシート表面の平滑性が良好になる傾向がある。シート表面の平滑性はドリル穴開け加工時のバリ発生防止の為に重要であることはわかっており、それ故、平均繊維長または平均粒径が小さい（Ｂ）セルロース系材料粉末を使用した場合、良好な結果が得られたものと推定される。

尚、シート表面の平滑性を向上させるため、成形後、ロール処理など表面平滑化工程を有する設備を使用することも好適である。シートの表面粗度は最大表面粗さ３０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下である。表面粗度は市販の非接触型及び接触型表面粗さ計（例えば東京精密社製ＳＵＲＦＣＯＭ５７０Ａ）で測定することができる。尚、表面祖度には規格があるので、前記表面粗さ計で例えばＪＩＳ Ｂ０６０１−１９８２で定める中心線平均粗さ（Ｒａ）や最大高さ（Ｒｍａｘ）を測定し、これを以ってシートの表面粗度を評価することができる。
一方、（Ｂ）セルロース系材料粉末としては、松、楓、杉、などの木材、廃材、廃紙などを粉砕することにより得ることができ、これらは２種以上を混合して用いても良い。また、粉末の表面処理を施したものも使用できる。

また（Ｂ）セルロース系材料粉末の配合量は、（Ａ）熱可塑性樹脂１００質量部に対し、１０〜１５０質量部であり、好ましくは２０〜１２０質量部、更に好ましくは３０〜１００質量部の範囲である。ドリル加工性でドリルにシートの樹脂が溶着しやすくなり、穴開け加工が困難になることを考慮すると１０質量部以上であることが好ましい。また、セルロース系材料粉末の量が１５０質量部以上になると、伸張粘度低下で安定したシート成形が難しくなり生産性が落ちる事、またシート自体が割れやすくなり取扱いが難しくなるので好ましくない。１５０質量部以上の場合は更に、成形されたシートの表面粗さが大きく、穴あけ加工を行う基板との間に隙間を生じて削りカスが滞留しやすくなり、結果、加工不良の頻度が高まってしまう点も好ましくない。

本発明では、（Ｅ）金属付着防止添加剤を使用すると、成形時に金型転写性が向上してシートの表面平滑性に繋がる点、ドリル加工性が向上する点などで更に好適である。（Ａ）熱可塑性樹脂と（Ｂ）セルロース系材料粉末の和１００質量部に対し、（Ｅ）金属付着防止添加剤は０．１〜１０質量部加えると好適である。
（Ｅ）金属付着防止添加剤は具体的には、ステアリン酸カルシウム、エチレンビスステアリルアミド、ポリエチレンワックス、高級脂肪酸アルコール、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ソルビタンアルキルエステル類、ふっ素系化合物、超高分子量ポリマー等の１種以上である。好ましくは、ふっ素系化合物、超高分子量ポリマーである。

特に、ふっ素化重合体が金属付着防止添加剤として好ましい。ふっ素化重合体は、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体等を用いることができるが、特に好ましいのはアクリル樹脂で変性したポリテトラフルオロエチレン及びその共重合体である。アクリル樹脂変性したポリテトラフルオロエチレンは、例えば三菱レイヨン株式会社製の「メタブレンＡ-３０００」が市販されている。このアクリル樹脂で変性したポリテトラフルオロエチレンの添加は、シート成形時のドローダウン性が改良され、シート成形時の生産性向上、成形後のシートの表面状態向上に繋がる点でも好ましい。

超高分子量ポリマーとは、分子量１００万以上の高分子をいい、例えば、スチレン−アクリロニトリル系超高分子、メタクリル酸メチル系超高分子、エチレン系超高分子等が挙げられる。分子量の上限は特に限定されないが、一般的には１０００万以下であることが実用上好ましい。
本発明のシートの製造方法は、工業的に使用されている公知の方法であれば良く、射出成形、押し出し成形、プレス成形等の方法を使用することができる。中でも生産性の面で押し出し成形が好ましく、特にシート成形が最も好ましい。

本発明におけるシートの厚みは０．４〜５．０ｍｍの範囲であり、より好ましくは０．５〜３．０ｍｍの範囲である。シートの厚みは、バックアップボード全体の厚みが薄くなり、ドリルの先端を保護する機能が十分果たせなくなることを考慮するとが０．４ｍｍ以上が好ましい。一方コスト面の観点から５．０ｍｍ以下であることが好ましい。
なお、シートの平均厚みは市販のマイクロメータやノギス等によって測定することができる。

本発明のシートをプリント配線板材料、例えば銅張積層板、多層板などの下面にバックアップボードとして配置し、ドリル穴開け加工時に使用する。ドリル穴開け加工で使用した後、例えば穴の開いたシートは洗浄し続いて好ましくは粉砕することで再びシートの原料つまりはシート用樹脂組成物として使用することもできる。この再生方法を採用することにより、使用済みの穴の明いたシートは産業廃棄物の発生とはならず、環境面やコスト面などにおいても利点がある。

この使用済みシート粉砕品は、単独でもシート原料つまりはシート用樹脂組成物として使用可能であるが、前出の（Ａ）熱可塑性樹脂及び（Ｂ）セルロース系材料粉末を含む樹脂組成物を該粉砕品に加え、シートの生産を行うと、品質が安定し更に好適である。この時、加える（Ａ）熱可塑性樹脂及び（Ｂ）セルロース系材料粉末の配合量は、該粉砕品１００質量部に対し５〜２００質量部であることが好ましい。更に言えば、該粉砕品１００質量部に対し１０〜５０質量部であることが、シート廃材の排出量とのバランス及び品質の安定の面でより好ましい。

以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。
＜原料＞
実施例で用いた原料は以下の通りである。
（Ｂ）セルロース系材料粉末
ｂ−１：木粉
J.RETTENMAIER & SOHNE GMBH ＋ CO製 LIGNOCEL S150TR
＜平均粒径は、７０〜１５０μｍの範囲＞
ｂ−２：American wood fiber製 Wood Flour10010
＜粒子径は全て１８０μｍ以下、かつ７５重量％以上が１２５μｍ以下＞
（Ｃ）スチレン系樹脂
ｃ−１：ポリスチレン樹脂（ＰＳ）
ＰＳジャパン（株）製 ＰＳＪ−ポリスチレン ６８５
ｃ−２：スチレン−アクリロニトリル系樹脂（ＡＳ）
旭化成ケミカルズ（株）製 スタイラック−ＡＳ Ｔ８５０５
（Ｄ）ポリオレフィン系樹脂
d ：ポリプロピレン系樹脂（ＰＰ）
サンアロマー（株）製 サンアロマー ＰＢ２７０Ｈ
（Ｅ）金属付着防止添加剤
e ：アクリル樹脂変性ポリエトラフルオロエチレン
三菱レイヨン（株）製 メタブレンＡ−３０００

＜評価方法＞
ドリル加工の性能評価
プリント配線板の上面にアルミ箔と熱硬化性樹脂板からなるエントリーボード（ＥＢ）を置き、下面にバックアップボードとして上記で得た熱可塑性樹脂組成物シートを配置し、ドリルビット；０．１５ｍｍΦ、回転数；１０００００ｒｐｍ、送り速度；２５μ／rev.の条件でドリル穴開け加工を行った。
尚、ドリル穴開け加工は、吸引設備を接続した減圧空間で実施した。ドリル穴開け加工の直後ではドリル表面に、ＥＢ、プリント配線板、バックアップボードそれぞれの削り屑が付着するが、ＥＢとプリント配線板の削り屑はアルミ箔や熱硬化性樹脂からなるものなので、簡単に吸引され、最終的にはドリル表面に全く残らない。故に表１に記載のドリルに付着した樹脂の付着量の評価とは、バックアップボードの削り屑のみに関するものである。即ちドリル表面上に、バックアップボードの削り屑が、融着したりして最終的に残ってしまっているか、目視で確認する評価である。
また、表1記載のドリル損傷の評価とは、穴開け加工後のドリルを目視で観察し、ドリルに破損がないかどうかを確認する評価である。

［実施例１〜６、比較例１〜５］
１）熱可塑性樹脂組成物及びシートの製造
シートの原料として、各成分を表１に示す割合で混合し、押出機を用いて溶融混練してペレット状の熱可塑性樹脂組成物を得た。次いでペレット状の熱可塑性樹脂組成物を押出成形機にてシート成形を行い、１．５ｍｍ厚みのシートを得た。シートを成形後、前記のドリル加工の性能評価を実施した。その結果を表１に示した。なお、シート厚みは市販のマイクロメーターを用い、任意の５個所を測定し平均を算出したものである。
同様に、表１に示す割合の各原料成分を使用し、各組成毎に１．５ｍｍ厚みのシートを得、ドリル加工の性能評価を実施した。その結果を表１に示した。

［実施例７］
ドリル加工を実施した後の実施例２のシートを、洗浄後粉砕し、その粉砕品を使用し、同様にシート成形を実施した。シートを成形後、前記のドリル加工の性能評価を実施した。その結果を表１に示した。

［実施例８］
ドリル加工を実施した後の実施例２のシートを、洗浄後粉砕し、粉砕品を得た。その粉砕品を、表１に示す割合にて他の原料成分と共に使用し、同様にシート成形を実施した。シートを成形後、前記のドリル加工の性能評価を実施した。その結果を表１に示した。

［比較例６］
現在、ドリル加工でエントリーボードとして使用しているフェノール樹脂積層板を用い、ドリル加工の性能評価を比較評価した。
一方、（Ｂ）セルロース系材料粉末、または（Ｃ）スチレン系樹脂、または（Ｄ）ポリオレフィン系樹脂を含有していない熱可塑性樹脂シートの場合は、ドリルビッドへの樹脂の巻き付きが多く、バックアップボードとして使用できなかった。その結果を表１に示した。

Claims (12)

1. （Ａ）熱可塑性樹脂１００質量部及び（Ｂ）セルロース系材料粉末１０〜１５０質量部を含み、かつ該（Ａ）熱可塑性樹脂が（Ｃ）スチレン系樹脂、（Ｄ）ポリオレフィン系樹脂の中から選ばれる少なくとも1種以上を含むことを特徴とする樹脂組成物からなるドリル穴開け加工シート。
2. 前記（Ｂ）セルロース系材料粉末が木粉および／または紙粉であることを特徴とする請求項１に記載のドリル穴開け加工シート。
3. 前記（Ａ）熱可塑性樹脂の少なくとも一部が廃材であることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載のドリル穴開け加工シート。
4. 前記（Ｃ）スチレン系樹脂がポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体系樹脂の中から選ばれる少なくとも1種以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のドリル穴開け加工シート。
5. 前記（Ｄ）ポリオレフィン系樹脂がポリプロピレン系樹脂であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のドリル穴開け加工シート。
6. 前記請求項１〜５のいずれかに記載のシートであって、（Ａ）と（Ｂ）の和が１００質量部に対し更に（Ｅ）金属付着防止添加剤０．１〜１０質量部を含むことを特徴とするドリル穴開け加工シート。
7. 前記（Ｅ）金属付着防止添加剤がふっ素系化合物であることを特徴とする、請求項６に記載のドリル穴開け加工シート。
8. 前記ふっ素化合物が、アクリル樹脂で変性したポリテトラフルオロエチレン及び／またはその共重合体であることを特徴とする、請求項７に記載のドリル穴開け加工シート。
9. 前記シートが、ドリル穴開け加工用バックアップボードとして用いるシートであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のドリル穴開け加工シート。
10. ドリル穴開け加工用バックアップボード用シートの粉砕物を、前記請求項９に記載のシートの原料として少なくとも一部使用していることを特徴とするドリル穴開け加工用バックアップボード用シート。
11. 前記粉砕物が、ドリル穴開け加工で使用されて穴の開いたバックアップボード用シートの粉砕物、および／または製造・輸送工程中での不具合を生じたバックアップボード用シートの粉砕物であることを特徴とする、請求項１０に記載のドリル穴開け加工用バックアップボード用シート。
12. 平均厚みが０．４ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれかに記載のドリル穴開け加工用バックアップボード用シート。