JP2016141713A - 導電性組成物およびそれを備えた導電性シート - Google Patents

Abstract

【課題】伸縮性を有しかつ伸張時における抵抗値の増加を抑制できる新規な導電性組成物およびそれを備えた導電性シートを提供する。【解決手段】導電性シート１０は、剥離フィルム１１と、剥離フィルム１１の一表面に形成され、前述した導電性組成物からなる導電膜１２とを含んでいる。導電性組成物は、エラストマーと、エラストマー中に充填されているコイル形状の導電性フィラーとを含んでいる。【選択図】図２

Description

この発明は、伸縮可能な電極、配線等の材料に適した導電性組成物およびそれを備えた導電性シートに関する。

特許文献１には、伸縮可能な電極、配線等に適した導電膜が開示されている。導電膜は、エラストマーと、当該エラストマー中に充填されている第１金属フィラーおよび第２金属フィラーとを含む。第１金属フィラーは、針状またはフレーク状の金属フィラーである。第２金属フィラーは、塊状の金属フィラーである。第１金属フィラーは、膜展開方向に配向している。

また、特許文献２には、水性ポリウレタン分散液と導電粒子とを混合し、乾燥することで形成された、伸縮性配線が開示されている。

特開２０１０−１５３３６４号公報 特開２０１２−５４１９２号公報

"［藻類スピルリナのらせん構造］ＤＩＣの独自藻類培養技術、電子機器材料に用いられる微小コイルに"、［online］、作成日 ２０１４年１０月２１日、加工技術研究会、［２０１５年１月２３日検索］、インターネット＜URL：http://www.ctiweb.co.jp/jp/news/919-2014-10-21dic01.html＞ 須田 善行、田上 英人、滝川 浩史、"炭素ナノ材料の新展開"、［online］、２０１２年１０月１２日、Journal of Plasma and Fusion Research Vol.88, No.11 November 2012 629-638、［平成１１年７月３０日検索］、インターネット＜URL：http://www.jspf.or.jp/Journal/PDF_JSPF/jspf2012_11/jspf2012_11-629.pdf＞

従来においては、伸縮可能な導電膜の導電性フィラーとしては、フレーク状（鱗片状）の導電性粒子を用いることが適していると考えられている。この理由は、導電性フィラーとして平坦状のフレーク状の導電性粒子を用いた場合には、導電性粒子どうしの接触面積を大きくすることができるため、導電膜の伸張時にも、導電性粒子どうしの接触を維持できると考えられるからである。

しかしながら、従来の伸縮可能な導電膜では、導電膜の伸張時には導電性粒子間の接触点が減少するため、導電膜の抵抗が増加するという問題がある。
この発明は、伸縮性を有しかつ伸縮時に抵抗の増加を抑制できる導電性組成物およびそれを備えた導電性シートを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、エラストマーと、前記エラストマー中に充填されているコイル形状の導電性フィラーとを含む、導電性組成物である。
この発明によれば、導電性フィラーがコイル形状であるので、エラストマーが伸張した場合、導電性フィラーはコイルが引っ張られたときにように伸びる。したがって、エラストマーが伸張した場合においても、導電性組成物の抵抗値の増加を抑制することができる。これにより、伸縮性を有しかつ伸張時における抵抗値の増加を抑制できる導電性組成物を提供できる。

請求項２に記載の発明は、前記導電性フィラーが、天然螺旋構造に金属メッキが施されることにより製造された微小金属コイルである、請求項１に記載の導電性組成物である。
請求項３に記載の発明は、前記導電性フィラーが、金属線がコイル形状に加工されることにより製造された微小金属ばねである、請求項１に記載の導電性組成物である。
請求項４に記載の発明は、前記導電性フィラーが、カーボンナノコイルである、請求項１に記載の導電性組成物である。

請求項５に記載の発明は、前記エラストマーにおける前記導電性フィラーの充填率が、前記導電性組成物中３０重量％以上９５重量％以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の導電性組成物である。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の導電性組成物からなる導電性ペーストである。

請求項７に記載の発明は、剥離フィルムと、前記剥離フィルムの一表面に形成され、請求項１〜５のいずれか一項に記載の導電性組成物からなる導電膜とを含む、導電性シートである。この構成によれば、伸縮性を有しかつ伸張時における抵抗の増加を抑制できる導電膜を備えた導電性シートを提供できる。
請求項８に記載の発明は、剥離フィルムと、前記剥離フィルムの一表面に形成され、請求項１〜５のいずれか一項に記載の導電性組成物からなる導電膜と、前記導電膜における前記剥離フィルム側とは反対側の表面に形成された保護膜とを含む、導電性シートである。この構成によれば、伸縮性を有しかつ伸張時における抵抗の増加を抑制でき、一表面に保護膜を有する導電膜を備えた導電性シートを提供できる。これにより、伸縮性を有するシールドフィルムとして使用することが可能な導電性シートを提供できる。

図１は、サンプルの形状を説明するための模式的な斜視図である。 図２は、この発明の第１実施形態に係る導電性シートの構成を示す模式的な断面図である。 図３は、図２の導電性シートの製造工程の一例を説明するための説明図である。 図４は、図２の導電性シートの使用方法を説明するための模式的な断面図である。 図５は、図２の導電性シートの使用例を説明するための模式的な断面図である。 図６は、この発明の第２実施形態に係る導電性シートの構成を示す模式的な断面図である。 図７は、図６の導電性シートの使用方法を説明するための模式的な断面図である。 図８は、図６の導電性シートの使用例を説明するための模式的な断面図である。

本発明の導電性組成物は、エラストマーと、エラストマーに充填されたコイル形状の導電性フィラー(以下、「コイル状導電性フィラー」という。)とを含んでいる。コイル形状には、螺旋形状、スパイラル形状が含まれる。本発明の導電性組成物では、導電性フィラーがコイル形状であるので、エラストマーが伸張した場合、コイル状導電性フィラーはコイルが引っ張られたときのように伸びる。したがって、エラストマーが伸張した場合においても、導電性組成物の抵抗値の増加を抑制することができる。これにより、伸縮性を有しかつ伸張時における抵抗値の増加を抑制できる導電性組成物を提供できる。

エラストマーは、例えば、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、シリコン系エラストマー等の弾性力を有する樹脂である。ポリウレタン系エラストマーはハードセグメントとソフトセグメントから構成され、ソフトセグメントとしては、カーボネート、エステル、エーテル等があり、具体的には大日精化工業株式会社製ＮＥ−８８８０、ＭＡＵ−９０２２、ＮＥ−３１０、ＮＥ−３０２ＨＶ、ＣＵ−８４４８等を使用することができる。エラストマーは、単一の樹脂からなっていてもよく、複数種類の樹脂を含んでいてもよい。また、エラストマーは、製造性（加工性）、柔軟性等を向上させる観点から、可塑剤、加工助剤、架橋剤、加硫促進剤、加硫助剤、老化防止剤、軟化剤、着色剤等の添加剤を含んでいてもよい。

導電性組成物におけるコイル状導電性フィラーの充填率は、３０重量％以上９５重量％以下であることが好ましい。
コイル状導電性フィラーは、天然螺旋構造に金属メッキが施されることにより製造された微小金属コイルであってもよい。このような微小金属コイルは、植物や藻類が有する微小な螺旋構造に、金属メッキを施すことによって製造される。例えば、藻類のスピルリナに金属メッキを施すことにより、微小金属コイルを得る（非特許文献１参照）。藻類のスピルリナは、コイル形状を有している。スピルリナを培養し、固定化した後、金属メッキ（無電界めっき）を施す。金属メッキの材料としては、銅、銀、金等の導電性を有する金属が用いられる。

また、コイル状導電性フィラーは、金属線がコイル形状に加工されることにより製造された微小金属ばねであってもよい。具体的には、導体径（線径）が３０μｍ以下の線材を、コイル形状に加工することにより、微小金属ばねを得る。線材としては、銅、銀等の導電性を有する金属の極細線または、これらの極細線に金属メッキが施されたものが用いられる。

また、コイル状導電性フィラーは、カーボンナノコイル（CNC : Carbon nanocoil）（非特許文献２参照）であってもよい。カーボンナノコイルとは、螺旋状に成長したカーボンナノファイバ（CNF : Carbon nanofiber）をいう。カーボンナノファイバとは、炭素からなる繊維状物質である。
コイル状導電性フィラーの導体径（線径）は、５μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。コイル状導電性フィラーのコイル外径は、１５０μｍ以下であることが好ましい。コイル状導電性フィラーのピッチは、１０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましい。コイル状導電性フィラーのコイル長は、１ｍｍ以下であることが好ましく、５００μｍ以下であることがより好ましい。

なお、導電性フィラーとしては、上記に掲げたコイル状導電性フィラーに加えて、本発明の効果を損なわない範囲で、塊状、球状、フレーク状、針状、繊維状、デントライト状等の導電性フィラーを使用しても良い。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。表１は、本発明の実施例１〜３を示している。

[実施例１]
ウレタン系エラストマーにコイル状導電性フィラーを、コイル状導電性フィラーの充填率（導電性組成物におけるコイル状導電性フィラーの充填率）が４０質量％となるように配合し、遊星攪拌機によって撹拌した。これにより、ウレタン系エラストマーとコイル状導電性フィラーを含むペースト（以下、「導電性ペースト」という。）を得た。

ウレタン系エラストマーとして、大日精化工業株式会社製ＮＥ−３１０を用いた。コイル状導電性フィラーとして、スピルリナに銅メッキを施すことにより得られた微小金属コイルを用いた。微小金属コイル（コイル状導電性フィラー）の導体径は７μｍ程度であり、ピッチは１０μｍ以上８０μｍ以下程度であり、コイル長は５０μｍ以上３５０μｍ以下程度であり、コイル外径は２０μｍ以上４５μｍ以下程度あり、めっき膜厚は２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度である。

次いで、アプリケータを用いて、乾燥後の膜厚が８０μｍとなるように、導電性ペーストを剥離フィルムの一表面に塗布し、加熱乾燥した。この加熱乾燥工程においては、６０℃の熱風による加熱乾燥、１００℃の熱風による加熱乾燥および１２０℃の熱風による加熱乾燥を、２分間ずつ行った。これにより、剥離フィルムの一表面に薄膜状の導電性組成物（以下、「導電膜」という。）が形成された。

次に、導電膜から剥離フィルムを剥離し、導電膜を所定の大きさに切断することにより、サンプルａ１、ａ２およびａ３を得た。
［実施例２］
コイル状導電性フィラーの充填率が５０質量％となるようにウレタン系エラストマーにコイル状導電性フィラーを配合する点を除いては、実施例１と同様にして剥離フィルムの一表面に導電膜を形成し、導電膜を所定の大きさに切断することにより、サンプルｂ１、ｂ２およびｂ３を得た。
［実施例３］
コイル状導電性フィラーの充填率が６０質量％となるようにウレタン系エラストマーにコイル状導電性フィラーを配合する点を除いては、実施例１と同様にして剥離フィルムの一表面に導電膜を形成し、導電膜を所定の大きさに切断することにより、サンプルｃ１、ｃ２およびｃ３を得た。

上記で得られた各サンプルにおける導電性フィラーの充填率と、各サンプルの長さＬ、幅Ｗおよび厚さＴを表１に示した。また、各サンプルの形状の模式図を図１に示した。各サンプルの形状は、図１に示すように、平面視矩形の帯状である。なお、図１において、Ｌはサンプルの長さを示し、Ｗはサンプルの幅を示し、Ｔはサンプルの厚さを示している。
［導電性シート］
図２は、この発明の第１実施形態に係る導電性シートの構成を示す断面図である。

この導電性シート１０は、剥離フィルム１１と、剥離フィルム１１の一表面に形成され、前述した導電性組成物からなる導電膜１２とを含んでいる。
図３は、図２の導電性シート１０の製造工程の一例を説明するための説明図である。
導電性シート１０を製造するための装置は、たとえば、巻出ロール２１と、スリットダイコーター、コンマコーター等のコーターヘッド２２（コーティング装置）と、乾燥炉２３（乾燥装置）と、巻取ロール２４とを含む。巻出ロール２１には、長尺状の剥離フィルム１１が巻きつけられている。コーターヘッド２２には、エラストマーとコイル状導電性フィラーとを含む導電性ペースト２０が収容されている。導電性ペースト２０は、サンプルａ１〜ｃ３の製造方法で説明した方法と同様な方法によって製造される。

剥離フィルム１１は、巻出ロール２１から巻取ロール２４に向かって送り出される。巻出ロール２１から送り出された剥離フィルム１１の一表面（図３の例では上面）に、コーターヘッド２２によって導電性ペースト２０が塗布される。導電性ペースト２０が塗布された剥離フィルム１１は、乾燥炉２３が配置された加熱乾燥部に搬送される。
加熱乾燥部において、剥離フィルム１１上の導電性ペースト２０が、乾燥炉２３によって加熱乾燥される。乾燥炉２３は、たとえば剥離フィルム１１の表面（導電性ペースト２０が塗布されている側の表面）上方から剥離フィルム１１側に向かって熱風を吹き付ける熱風送風装置であってもよい。この際、熱風の温度を段階的に上げていくようにしてもよい。例えば、まず、６０℃の熱風による加熱乾燥を２分間行い、続いて１００℃の熱風による加熱乾燥を２分間行い、最後に１２０℃の熱風による加熱乾燥を２分間行うようにしてもよい。導電性ペースト２０を加熱乾燥することにより、剥離フィルム１１の表面に導電性組成物からなる導電膜１２が形成される。この後、導電膜１２が形成された剥離フィルム１１は、巻取ロール２４に巻き取られる。これにより、剥離フィルム１１と、剥離フィルム１１上に形成された導電膜１２とを含む導電性シート１０を得ることができる。

図４は、導電性シート１０の使用方法を説明するための模式的な断面図である。図５は、導電性シート１０の使用例を説明するための模式的な断面図である。
導電性シート１０を、伸縮可能なデバイスの回路として使用する場合について説明する。前述のようにして製造された導電性シート１０を、所望の形状および大きさに切断する。次に、図４に示すように、導電膜１２から剥離フィルム１１を剥がす。そして、図５に示すように、伸縮可能なデバイスに形成された絶縁性フィルム３１の表面に、導電膜１２を張り付ける。導電膜１２の絶縁性フィルム３１への貼り付けは、たとえば熱プレス転写によって行ってもよい。

なお、導電膜１２を衣服等に貼り付けて、心電図等を計測する電極として用いることもできる。
図６は、この発明の第２実施形態に係る導電性シートの構成を示す断面図である。
この導電性シート１０Ａは、剥離フィルム１１と、剥離フィルム１１の一表面に形成され、前述した導電性組成物からなる導電膜１２と、導電膜１２における剥離フィルム１１側とは反対側の表面に形成された保護膜１３とを含んでいる。

このような導電性シート１０Ａは、例えば、図３を参照して、前述した導電性ペースト２０の加熱乾燥工程後に、保護膜１３の材料を導電膜１２の表面（上面）に塗布して乾燥させる工程を加えることによって、製造することができる。
導電性シート１０Ａは、保護膜１３の一表面に導電性ペースト２０を塗布して乾燥させて、保護膜１３の一表面に導電膜１２を形成した後、導電膜１２における保護膜１３側とは反対側の表面に剥離フィルム１１を張り合わせることにより、製造してもよい。

図７は、導電性シート１０Ａの使用方法を説明するための模式的な断面図である。図８は、導電性シート１０Ａの使用例を説明するための模式的な断面図である。
導電性シート１０Ａを、伸縮可能な電磁波シールドフィルムとして使用する場合について説明する。前述のようにして製造された導電性シート１０Ａを、所望の形状および大きさに切断する。次に、図７に示すように、導電膜１２から剥離フィルム１１を剥がす。そして、図８に示すように、保護膜１３が一表面に形成された導電膜１２を、プリント基板４１の表面に貼り付ける。プリント基板４１は、例えば、ベースフィルム４２と、ベースフィルム４２上に形成されたグランド回路４３と、グランド回路４３外の領域を覆うように形成されたカバーレイフィルム４４とを含む片面フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）である。

保護膜１３が一表面に形成された導電膜１２は、グランド回路４３およびカバーレイフィルム４４を覆うように、それらの表面に張り付けられている。具体的には、保護膜１３が一表面に形成された導電膜１２は、導電膜１２の両面のうち保護膜１３が形成されていない方の表面が、グランド回路４３およびカバーレイフィルム４４に対向した状態で、それらの表面に張り付けられている。そして、導電膜１２がグランド回路４３を介して接地されている。これにより、保護膜１３が表面に形成された導電膜１２は、伸縮可能な電磁波シールドフィルムとして機能する。

以上、この発明の実施例について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の電磁波シールドフィルムにおいて、導電膜１２とグランド回路４３との間に導電性接着剤層を設け、その導電性接着剤層を介して導電膜１２とグランド回路４３とを導通させても良い。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

ａ１，ｂ１，ｃ１ サンプル
ａ２，ｂ２，ｃ２ サンプル
ａ３，ｂ３，ｃ３ サンプル
１０ 導電性シート
１１ 剥離フィルム
１２ 導電膜
１３ 保護膜

Claims (8)

1. エラストマーと、
   前記エラストマー中に充填されているコイル形状の導電性フィラーとを含む、導電性組成物。
2. 前記導電性フィラーが、天然螺旋構造に金属メッキが施されることにより製造された微小金属コイルである、請求項１に記載の導電性組成物。
3. 前記導電性フィラーが、金属線がコイル形状に加工されることにより製造された微小金属ばねである、請求項１に記載の導電性組成物。
4. 前記導電性フィラーが、カーボンナノコイルである、請求項１に記載の導電性組成物。
5. 前記エラストマーにおける前記導電性フィラーの充填率が、前記導電性組成物中３０重量％以上９５重量％以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の導電性組成物。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の導電性組成物からなる導電性ペースト。
7. 剥離フィルムと、前記剥離フィルムの一表面に形成され、請求項１〜５のいずれか一項に記載の導電性組成物からなる導電膜とを含む、導電性シート。
8. 剥離フィルムと、前記剥離フィルムの一表面に形成され、請求項１〜５のいずれか一項に記載の導電性組成物からなる導電膜と、前記導電膜における前記剥離フィルム側とは反対側の表面に形成された保護膜とを含む、導電性シート。

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