JP2017191829A - シールド成形体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】射出成型により簡便かつ確実に製造可能なシールド成形体を提供する。【解決手段】シールド成形体１は、樹脂で形成され、外形を規定する樹脂部１０と、樹脂成分に導電性微粒子が分散され、樹脂部１０に沿って形成されたシールド層２０とを備える。また、樹脂部１０は、底面と、底面に接続された一つ以上の側面とを有し、シールド層２０は、前記底面および前記側面に連続するように配置されている。また、シールド層２０に接合された支持フィルム３０をさらに備える。【選択図】図２

Description

本発明は、電磁波シールド性を有するシールド成形体およびその製造方法に関する。

近年、タブレット端末や、スマートフォン等の普及が進んでいる。これらの携帯電子機器においては、軽量化の観点から、樹脂等で筐体が形成される例が増加している。そのため、携帯電子機器が発する電磁波についての対策が検討されている。

上記対策の一つとして、これらの携帯電子機器に装着することで電磁波の放射を抑制できるシールド成形体の需要が高まっている。
シールド成形体を作成するには、材料自体がシールド性を有する金属等で形成するのが自然であるが、製造コストや意匠面で問題がある。そのため、プラスチックを用いてシールド成形体を作成することが検討されている。

例えば、特許文献１では、導電性フィラーを添加したプラスチック原料を射出成型することにより、シールド成形体を製造することが提案されている。

特開平４−４８６９４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術には、以下のような問題がある。
導電性フィラーを混合した樹脂ペレットを射出成型する場合、樹脂ペレットの溶融及び流動に伴い導電性フィラーも樹脂内で移動する。射出成型過程において、導電性フィラーの移動態様や位置を制御することは困難であるため、完成したシールド成形体において導電性フィラーは、均一に分布するとは限らない。
電磁波シールド機能を発揮するためには、導電性フィラー同士が十分に接触する必要がある。したがって、特許文献１に記載の技術では、好適にシールド機能を発揮する成形体を安定して製造することが困難である。シールド特性を安定して発揮させるために、導電性フィラーの混合量を多くし過ぎると、射出成型自体が行えなくなる場合もある。

上記事情を踏まえ、本発明は、射出成型により簡便かつ確実に製造可能なシールド成形体およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様は、樹脂で形成され、外形を規定する樹脂部と、樹脂成分に導電性微粒子が分散され、前記樹脂部に沿って形成されたシールド層とを備えるシールド成形体である。

前記樹脂部は、底面と、前記底面に接続された一つ以上の側面とを有し、前記シールド層は、前記底面および前記側面に連続するように配置されてもよい。

本発明のシールド成形体は、前記シールド層に接合された支持フィルムをさらに備えてもよい。
前記導電性微粒子は、銅微粒子およびカーボン微粒子の少なくとも一方を含んでもよい。

本発明の第二の態様は、支持フィルム上に樹脂成分に導電性微粒子が分散された導電性インキを印刷してシールド層を形成するインサートフィルム作製工程と、前記インサートフィルムを射出成型用型の内面に沿うように配置するインサートフィルム配置工程と、前記射出成型用型内に樹脂材料を射出して樹脂部を形成する樹脂部形成工程とを備えるシールド成形体の製造方法である。

本発明のシールド成形体の製造方法は、前記樹脂部形成工程の後に、前記シールド層から前記支持フィルムを剥離する支持フィルム除去工程をさらに備えてもよい。

本発明のシールド成形体およびその製造方法によれば、射出成型により簡便かつ確実に製造することができる。

本発明の一実施形態に係るシールド成形体を示す斜視図である。 図１のＩ−Ｉ線における断面図である。 同シールド成形体の製造方法の一過程を示す図である。 同シールド成形体の製造方法の一過程を示す図である。 同シールド成形体の製造方法の一過程を示す図である。 同シールド成形体の製造方法の一過程を示す図である。 同シールド成形体の変形例を示す断面図である。 実施例および変形例における成形体Ｂの形状および寸法を模式的に示す図である。 本発明の変形例のシールド成形体を示す断面図である。

本発明の一実施形態について、図１を参照して説明する。
図１は、本実施形態のシールド成形体１を示す斜視図である。図２は、図１のＩ−Ｉ線における断面図である。シールド成形体１は、図１および図２に示すように、シールド成形体１の外形を規定する樹脂部１０と、樹脂部１０に沿って設けられたシールド層２０と、シールド層２０と接合された支持フィルム３０とを備えている。

樹脂部１０は、射出成型可能な樹脂、例えばポリプロピレン等を用いて形成されている。樹脂部１０の形状に特に制限はなく、シールド成形体１の用途等に応じて適宜設定することができる。本実施形態において、樹脂部１０は、底面１１と、底面に接続された４つの側面１２、１３、１４、および１５を有し、上側が開放された略箱状に形成されている。

シールド層２０および支持フィルム３０は、樹脂部１０の外面に接合されており、底面１１および各側面１２、１３、１４、１５を覆うように連続して配置されている。
シールド層２０は、樹脂成分中に導電性微粒子が分散された構造を有する。樹脂成分としては、例えばポリエステルやポリウレタン樹脂等を用いることができるが、後述する製造過程を考慮すると、樹脂部１０の形成時に軟化しない熱硬化性樹脂が好ましい。

シールド層２０に用いられる導電性微粒子としては、金属の微粒子や、カーボン微粒子等を用いることができる。金属微粒子の中では、銅の微粒子が、コストおよび導電性のいずれにおいても優れている。カーボン微粒子としては、カーボンナノチューブを用いることも可能である。

シールド層２０における導電性微粒子の割合は、銅微粒子を用いる場合、重量比で３０％以上８０％以下が好ましい。３０％未満の場合、シールド層の導電性が不十分となり、十分なシールド効果が発揮されない。８０％を超える場合、シールド層の形成が困難となる。カーボン微粒子を用いる場合は、同様の観点から、重量比で１０％以上５０％以下が好ましい。

また、複数種類の金属微粒子や、金属微粒子とカーボン微粒子の両方を用いてシールド層２０が形成されてもよい。発明者の検討では、銅微粒子とカーボンナノチューブとを併用してシールド層を形成することで、銅微粒子間の隙間がカーボンナノチューブによって好適に埋められ、銅微粒子のみを用いた場合よりもシールド性能が向上されることが確認されている。

支持フィルム３０としては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製のフィルムを用いることができる。

上記のように構成された本実施形態のシールド成形体１を製造するための、本実施形態のシールド成形体の製造方法について説明する。
まず、樹脂成分と導電性微粒子とを混合し、樹脂成分中に導電性微粒子が分散された導電性インキを製造する。このとき、導電性インキの固形分に占める導電性微粒子の割合が上述の範囲になるように調整する。

次に、導電性インキを支持フィルム３０の一方の面上にベタ印刷し、乾燥させると、図３に示すように、支持フィルム３０上にシールド層２０が形成されたインサートフィルム３５が得られる（インサートフィルム作製工程）。印刷は、例えばグラビア印刷等により行うことができる。
完成したシールド成形体１が十分なシールド性能を発揮するには、インサートフィルム３５のシート抵抗値が１０^−４Ω／□以下となるように、導電性微粒子の割合やシールド層２０の厚みが設定されるのが好ましい。

次に、図４に示すように、インサートフィルム３５を適宜折り曲げながら、射出成型用の下型１０１の内面に沿うようにセットする（インサートフィルム配置工程）。シールド層２０は、樹脂成分を含んでいるため、インサートフィルム３５が折り曲げられてもクラックが生じたり断裂したりすることはなく、下型１０１の内面形状に好適に追従して配置される。
折り曲げに代えて、インサートフィルム３５を予め下型１０１の内面形状に沿うように成形処理してもよい。

次に、図５に示すように、下型１０１に上型１０２を取りつけて型締めし、溶融した樹脂部１０の樹脂材料を型内に射出して、射出成型により樹脂部１０を形成する（樹脂部形成工程）。最後に上型１０２および下型１０１を外すと、図６に示すように、シールド成形体１が完成する。

以上説明したように、本実施形態のシールド成形体の製造方法によれば、支持フィルム３０上に樹脂成分と導電性微粒子とを含むシールド層２０が形成されたインサートフィルム３５を用いるため、公知のインサート射出成形によりシールド成形体を容易に製造することができる。

また、樹脂成分中に導電性微粒子が分散されたシールド層２０は、金属材料の蒸着等により形成された薄膜状のシールド層に比べて柔軟であるため、射出成型用型の内面形状に沿うように折り曲げや成形等されても断裂したりクラックを生じたりせずに、好適に内面形状に追従する。したがって、シールド成形体の製造過程においてシールド層のシールド性能が破綻する事態を好適に抑制することができる。さらに、シールド層の製造コストも、薄膜状のシールド層と比較して大きく低減される。

さらに、シールド層２０は、支持フィルム３０上に印刷によって形成することができるため、インサートフィルム３５の平面視におけるシールド層２０の形状を容易に所望の形状にすることができる。その上、部位ごとにシールド層２０の厚さを異ならせることも容易である。例えば、曲げ応力が加わるような底面１１と側面１２等との境界部において、シールド層の厚みをより厚くすることにより、より確実に断裂等を防止することも可能である。

加えて、シールド層２０がインサートフィルム３５に予め形成されているため、射出成型により形成される樹脂部１０には導電性フィラー等を混入する必要がない。したがって、射出成型時にフィラーが移動することによるシールド性能の低下等は生じず、製造されるシールド成形体のシールド特性を安定させることができる。さらに、導電性フィラーを混合した樹脂を射出成型する場合に比べて、導電性材料の使用量を著しく低減することができ、製造コストを抑えることができる。
熱硬化性樹脂を用いてシールド層２０を形成すれば、樹脂部形成工程においてシールド層が軟化することがなく、シールド層における導電性微粒子の分散状態をさらに確実に保持することができる。

また、製造された本実施形態のシールド成形体１によれば、シールド層２０と接合された支持フィルム３０を備えることにより、加飾性が著しく向上される。すなわち、支持フィルム３０として、不透明なフィルムを使用し、支持フィルム上に所望の印刷等を行うことにより、シールド層の色彩等に影響されずに、シールド成形体の外面に所望の加飾を施すことができる。

本実施形態のシールド成形体の製造方法においては、発明の趣旨を損なわない範囲で様々な変更が行われてもよい。
例えば、インサートフィルム３５の作製時において、シールド層２０を形成した後に、シールド層２０上に、樹脂部１０との密着性を高めるためのコート層を形成してもよい。

また、支持フィルム３０上に、易剥離性のコート層を形成してからシールド層２０を形成してもよい。このようにすると、樹脂部１０の形成後に支持フィルム３０を剥離する（支持フィルム除去工程）ことで、図７に示すように、樹脂部１０とシールド層２０との二層構成を有するシールド成形体１Ａを製造することも可能である。この場合、シールド層２０に含まれる導電性微粒子の一部がシールド成形体の外面上に露出して酸化しやすくなるため、外面が銀や亜鉛等でコーティングされた導電性微粒子を用いて導電性微粒子の酸化を抑制してもよい。

さらに、上述の説明では、シールド層２０を内側にしてインサートフィルム３５を下型１０１にセットする例を示したが、支持フィルム３０を内側にしてインサートフィルム３５がセットされてもよい。

次に、本発明のシールド成形体について、実施例を用いてさらに説明する。本発明は、以下の実施例の説明により何ら限定されるものではない。

（実施例１）
ポリウレタン系のインキ用メジウムに、表面を銀でコーティングした銅粉（粒子径１０μｍ）を分散させ、シールド層形成用の導電性インキを調整した。導電性インキの固形分に占める銅粉の割合は６０％とした。

支持フィルム３０として易成形ＰＥＴフィルム（厚さ２５μｍ）を準備し、支持フィルム上に導電性インキを厚さ３０μｍで印刷により塗工し、乾燥してシールド層２０を形成した。シールド層２０上に、ポリオレフィン樹脂ベースのヒートシールワニスを厚さ１μｍで塗工し、インサートフィルム３５を作成した。

次に、射出成型用の型の内面に沿うようにインサートフィルム３５を設置し、溶融した汎用ポリプロピレンを射出してインサートフィルム３５上に樹脂部１０を形成し、実施例１のシールド成形体を作製した。
シールド成形体として、平板状の成形体Ａ（縦８０ｍｍ×横１５０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）と、略箱状の成形体Ｂとの２種類を作製した。成形体Ｂの形状および寸法を図８に模式的に示す。図８では、形状をわかりやすくするために、各寸法の縮尺を異ならせているが、数値は正確に記載している。実施例１の成形体Ｂにおいては、成形体Ｂの外面全体をシールド層２０が覆うようにインサートフィルム３５の形状等を設定した。

（実施例２）
導電性インキの固形分に占める銅粉の割合を６０％、カーボンナノチューブ微粒子の割合を１０％とした以外は、実施例１と同様の方法で実施例２のシールド成形体を作成した。

（比較例１）
支持フィルム３０上に銅の薄膜層（厚さ３μｍ）を蒸着により形成した。薄膜層上にポリオレフィン樹脂ベースのヒートシールワニスを厚さ１μｍで塗工し、シールドフィルムを作製した。
インサートフィルム３５に代えてシールドフィルムを用いた点以外は、実施例１と同様の手順で比較例１の成形体Ａおよび成形体Ｂを作製した。

（比較例２）
汎用ポリプロピレンに銅粉を高濃度で含有させたマスターペレットと、汎用ポリプロピレンのみからなるペレットとを、溶融後における銅粉の割合が重量比で７０％になるように混合して樹脂材料を準備した。この樹脂材料のみを用いた射出成型により、比較例２の成形体Ａおよび成形体Ｂを作成した。

（比較例３）
汎用ポリプロピレンのみを用いて成形体Ａおよび成形体Ｂを作製した。成形体Ａの一方の面、および成形体Ｂの外面全体にプライマーを塗布してプライマー層を形成した後、アクリル樹脂に表面を銀でコーティングした銅粉が分散された導電性塗料をスプレーして、成形体Ａの一方の面、および成形体Ｂの外面全体にシールド層を形成して比較例３の成形体Ａおよび成形体Ｂを作製した。シールド層の厚さは３０μｍとした。

各例の成形体Ａおよび成形体Ｂについて、ＫＥＣ法によりシールド特性を評価した。周波数帯域は、ｋＨｚ帯からＧＨｚ帯とし、５０ｄＢ以上を合格とした。
また、成形体Ｂの絶縁性、外観、製造コストについても評価した。結果を表１に示す。表１において、シールド特性の合否に並べて、括弧内に１００ＭＨｚにおけるシールド値を示す。

比較例１では、成形体Ｂにおいて底面と側面の境界部でシールド層にクラックが発生し、シールド機能が破綻していた。
比較例２では、成形体Ａおよび成形体Ｂのいずれにおいても、良好なシールド特性を示した。しかし、銅粉を均一に分散させるため、銅粉の使用量は実施例に比べて著しく増加した。さらに、銅粉の一部が成形体の表面上に露出しており、外観を損なうとともに絶縁性も不十分であった。
比較例３では、成形体Ａおよび成形体Ｂのいずれも良好なシールド特性を示したが、シールド層を形成するために多量の導電性塗料をスプレーする必要があり、導電性材料のロスが発生した。さらに、プライマーコートやフレーム処理等の易接着処理も必要であるため、製造コストが増大した。加えて、スプレーによりＶＯＣ（揮発性有機化合物）が大量に発生し、作業雰囲気が汚染された。

これに対し、実施例１においては、成形体Ａおよび成形体Ｂのいずれも良好なシールド特性を示した。銅粉およびカーボンナノチューブ微粒子を用いた実施例２では、さらにシールド特性が向上された。
さらに、使用する銅粉の量は、各比較例よりも著しく少なく、製造コストが低く抑えられた。さらに製造時に作業雰囲気が汚染されることもなかった。

以上、本発明の実施形態および実施例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成要素の組み合わせを変えたり、各構成要素に種々の変更を加えたり、削除したりすることが可能である。

たとえば、本発明のシールド成形体においては、図９に示すように、インサートフィルム３５が樹脂部１０内に埋め込まれるように配置されてもよい。この場合、シールド層２０における導電性微粒子の酸化をより好適に防止することができる。

本発明のシールド成形体は、例えば携帯電子機器等に装着することにより、携帯電子機器から放射される電磁波を好適にブロックすることができる。また、蓋等を設けて内部空間を密閉できるように形成すれば、内部空間に収容された物品を電磁波から好適に保護することができる。

１、１Ａ シールド成形体
１０ 樹脂部
１１ 底面
１２、１３、１４、１５ 側面
２０ シールド層
３０ 支持フィルム
３５ インサートフィルム

Claims (6)

1. 樹脂で形成され、外形を規定する樹脂部と、
   樹脂成分に導電性微粒子が分散され、前記樹脂部に沿って形成されたシールド層と、
   を備えるシールド成形体。
2. 前記樹脂部は、底面と、前記底面に接続された一つ以上の側面とを有し、
   前記シールド層は、前記底面および前記側面に連続するように配置されている、
   請求項１に記載のシールド成形体。
3. 前記シールド層に接合された支持フィルムをさらに備える、請求項１または２に記載のシールド成形体。
4. 前記導電性微粒子は、銅微粒子およびカーボン微粒子の少なくとも一方を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のシールド成形体。
5. 支持フィルム上に樹脂成分に導電性微粒子が分散された導電性インキを印刷してシールド層を形成する、インサートフィルム作製工程と、
   前記インサートフィルムを射出成型用型の内面に沿うように配置する、インサートフィルム配置工程と、
   前記射出成型用型内に樹脂材料を射出して樹脂部を形成する、樹脂部形成工程と、
   を備えるシールド成形体の製造方法。
6. 前記樹脂部形成工程の後に、前記シールド層から前記支持フィルムを剥離する、支持フィルム除去工程をさらに備える、請求項５に記載のシールド成形体の製造方法。

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