JP6069446B1 - 導電回路付成形品の製造方法および導電回路付プリフォーム - Google Patents

Abstract

【課題】ブロー成形をしても導電回路が３次曲面に追従した導電回路付成形品を、容易に得られる導電回路付成形品の製造方法と、そのような導電回路付成形品を得るために用いる導電回路付プリフォームを提供する。【解決手段】本発明の導電回路付成形品の製造方法は、プリフォーム上に、延伸性を有するインキを用いて導電回路層を形成し、プリフォームをブロー成形して導電回路付成形品を得るように構成した。また、本発明の導電回路付プリフォームは、ブロー成形によって導電回路付成形品を得るためのプリフォームであって、プリフォーム上には、延伸性を有するインキを用いて導電回路層が形成されているように構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、導電回路付成形品の製造方法および導電回路付プリフォームに関する。

近年、物流や在庫の管理などを目的として、外部のリーダーやライターを介してデータを非接触で送受信するＩＣタグが、商品などのパッケージに付けられることが多くなっている。ここでＩＣタグとは、フィルムなどに印刷されたアンテナ回路とＩＣチップからなるものである。

その一つの態様として、たとえば特許文献１には、２枚の熱可塑性樹脂フィルムを、ＩＣタグを挟み込むようにして貼り合わせたＩＣラベルと、ＩＣラベルと一体化した成形品の製造方法が開示されている。その製造方法は以下の工程からなる。（１）ＩＣラベルを金型内に固定した後、金型の上方から溶融したパリソンを金型内へ押し出し、型締めをする。（２）圧縮空気をパリソン内に供給し、パリソンを膨張させて金型に密着させ、容器状にするとともにＩＣラベルと融着させ、金型を冷却して型開きする。

特開２００６−０４８０１６号公報

しかし、従来技術のようなＩＣラベルには延伸性がないため、ＩＣラベルを設ける箇所が平面や２次曲面に限られてしまい、３次曲面の箇所にＩＣラベルを設けることが困難であるという問題がある。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、ブロー成形をしても導電回路が３次曲面に追従した導電回路付成形品を、容易に得られる導電回路付成形品の製造方法と、そのような導電回路付成形品を得るために用いる導電回路付プリフォームを提供することを目的とする。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は必要に応じて任意に組み合わせることができる。

本発明の導電回路付成形品の製造方法は、プリフォーム上に、延伸性を有するインキを用いて導電回路層を形成し、プリフォームをブロー成形して導電回路付成形品を得ることを特徴とするものである。

好ましい態様においては、プリフォーム上に導電回路層を形成する工程は、
基体シート上に、インキを用いて形成された導電回路層を含む転写層を形成して転写シートを得る工程と、
プリフォーム上に転写シートを配置し、転写シートに熱と圧力を加えてプリフォームに転写層を転写し、基体シートを取り除く工程と
を含むものである。

好ましい態様においては、基体シートと導電回路層との間に、絵柄層を形成する工程をさらに有するものである。

好ましい態様においては、基体シートと絵柄層との間に、保護層を形成する工程をさらに有するものである。

好ましい態様においては、プリフォーム上に導電回路層を形成する工程は、
プリフォーム上に、インキを用いて導電回路層を印刷する工程を含むものである。

好ましい態様においては、導電回路層上に、絵柄層を形成する工程をさらに有するものである。

好ましい態様においては、絵柄層上に、保護層を形成する工程をさらに有するものである。

これらの好ましい態様においては、導電回路層は、プリフォームの伸び率が４０％以下の箇所に形成するものである。

これらの好ましい態様においては、インキは、銀、ＰＥＤＯＴ、カーボンブラック、カーボンナノチューブのうちいずれか１つを含むものである。

これらの好ましい態様においては、導電回路層と導通するように、プリフォーム上に電子部品を装着する工程をさらに有するものである。

これらの好ましい態様においては、導電回路層と導通するように、導電回路付成形品に電子部品を装着する工程をさらに有するものである。

本発明の導電回路付プリフォームは、ブロー成形によって導電回路付成形品を得るためのプリフォームであって、プリフォーム上には、延伸性を有するインキを用いて導電回路層が形成されていることを特徴とするものである。

好ましい態様においては、導電回路層上に、絵柄層を有するものである。

好ましい態様においては、絵柄層上に、保護層を有するものである。

これらの好ましい態様においては、インキは、銀、ＰＥＤＯＴ、カーボンブラック、カーボンナノチューブのうちいずれか１つを含むものである。

これらの好ましい態様においては、導電回路層と導通するように、プリフォーム上に電子部品が装着されているものである。

本発明の導電回路付成形品の製造方法は、プリフォーム上に、延伸性を有するインキを用いて導電回路層を形成し、プリフォームをブロー成形して導電回路付成形品を得るように構成した。したがって、本発明によれば、導電回路付成形品が３次曲面を有していても、導電回路が３次曲面に追従した導電回路付成形品を容易に得ることができる。

本発明の導電回路付プリフォームは、ブロー成形によって導電回路付成形品を得るためのプリフォームであって、プリフォーム上には、延伸性を有するインキを用いて導電回路層が形成されているように構成した。したがって、本発明の導電回路付プリフォームは、導電回路付プリフォームをブロー成形して導電回路付成形品を製造する際に、導電回路付成形品が３次曲面を有していても、導電回路が３次曲面に追従できるものである。

本発明の導電回路付成形品の製造方法の一例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る導電回路付プリフォームの側面図である。 本発明の導電回路付プリフォームの製造方法の一例を示す断面図である。 転写シートの一例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る導電回路付プリフォームの断面図である。 電子部品が装着されたプリフォームの斜視図である。 電子部品が装着された転写シートの平面図である。

以下、導電回路付成形品の製造方法と、導電回路付成形品を得るために用いる導電回路付プリフォームについて、実施形態の一例を説明する。

本発明の導電回路付成形品の製造方法は、プリフォーム上に、延伸性を有するインキを用いて導電回路層を形成し、プリフォームをブロー成形して導電回路付成形品を得ることを特徴とするものである。したがって、本発明の導電回路付成形品７は、次のような製造方法によって製造することができる（図１（ａ）〜（ｄ）参照）。
（１）導電回路層２４を形成した導電回路付プリフォーム１を、ヒーター４で加熱して軟化する
（２）軟化した導電回路付プリフォーム１を金型５にセットし、延伸ロッド６で導電回路付プリフォーム１を延伸する
（３）延伸ロッド６から導電回路付プリフォーム１内に圧縮空気を供給し、導電回路付成形品７を得る

ここで、導電回路付プリフォームは、ブロー成形によって導電回路付成形品を得るためのプリフォームであって、プリフォーム上には、延伸性を有するインキを用いて導電回路層が形成されていることを特徴とするものである（図２参照）。

プリフォーム１１は、ブロー成形において用いられる予備成形体であり、主に樹脂で製造する。本発明のプリフォームの材質は特に限定されず、たとえば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレンなどを用いることができる。プリフォーム１１の製造方法は特に限定されず、射出成形やプレス成形など公知の方法を用いることができる。

本発明で導電回路層２４の形成に用いるインキは、導電性と延伸性とを有する材質を含むものである。そのような材質としては、銀、ＰＥＤＯＴ（ポリ（３，４‐エチレンジオキシチオフェン））、カーボンブラック、カーボンナノチューブのうちいずれか１つを含むものとすることができる。ＰＥＤＯＴを用いる場合は、ＰＥＤＯＴが水や溶媒に難溶であるため、ＰＳＳ（ポリスチレンスルホン酸）を添加することが好ましい。これらの材質は粒子としてインキに分散される。インキ中にはバインダー樹脂を含むことが好ましい。バインダー樹脂によって上記粒子がインキ中に分散されるとともに、バインダー樹脂に粒子が担持される。また、バインダー樹脂が含まれることで、インキが塗布面にしっかりと密着することができる。なお、インキは、硬化剤や溶剤その他添加剤を含んでもよい。

バインダー樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、エラストマー樹脂などが挙げられる。これらは単独で使用してもよく、２つ以上を混ぜて使用してもよい。上記粒子とバインダー樹脂との重量比率は、２０：８０〜９９：１が好ましく、より好ましくは６０：４０〜８０：２０である。粒子の重量比率が２０未満であると、形成した導電回路層における導電率の低下や抵抗値の上昇などの不具合が生じる。一方、バインダー樹脂の重量比率が１未満であると、粒子が均一に分散されないため、導電率低下や抵抗値上昇などの不具合が生じる。また、インキ塗布面への密着力低下により、導電回路層２４が形成されたプリフォームをブロー成形した際、回路の断線やプリフォームからの回路の剥離などの不具合も生じる。

ヒーター４による加熱温度は、５０℃〜１５０℃にするとよく、金型５は１００℃〜２５０℃に調温するとよい（図１（ａ）、図１（ｂ）参照）。

導電回路層２４は、ブロー成形した際に、プリフォーム１１の伸び率が４０％以下の箇所に形成することが好ましい。伸び率が４０％を超える箇所に形成すると、ブロー成形による変形に導電回路層２４が追随できず、導電回路の断線などの不具合が生じる。プリフォームの伸び率が４０％以下の箇所としては、たとえば、ブロー成形品がボトルの場合は、ボトルの口部、底部、くびれ部に相当する箇所である。

上記の導電回路付成形品７は、導電回路層２４が延伸性を有するインキを用いて形成されているため、成形品が３次曲面を有するものであっても、導電回路層２４が３次曲面に追随できる。また、導電回路層２４は導電回路付プリフォーム１の伸び率が４０％以下の箇所に形成されているため、ブロー成形しても導電回路層２４が断線することがない。

なお、本実施形態では延伸ロッド６を使用しているが、圧縮空気の供給のみによってブロー成形することもできる。

上述したインキを用いて、プリフォーム１１上に導電回路層２４を形成する工程には、次のような工程を含むことができる（図３、図４参照）。
（１）基体シート２１上に、保護層２２を形成する工程
（２）保護層２２の上に、絵柄層２３を形成する工程
（３）絵柄層２３の上に、上述のインキを用いて導電回路層２４を形成する工程
（４）導電回路層２４の上に、接着層２５を形成して転写シート２を得る工程
（５）プリフォーム１１上に転写シート２を配置し、転写シート２に熱と圧力を加えてプリフォーム１１に転写層２０を転写し、基体シート２１を取り除く工程

基体シート２１の材質は特に限定されるものではなく、アクリル系樹脂、オレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩ビ系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ＡＢＳ系樹脂などの熱可塑性樹脂およびこれらの積層品を挙げることができる。基体シート２１の厚みは、１５μｍ〜６００μｍとすることができる。なお、基体シート２１上には、基体シートと保護層との離型性を高めるために、離型層を形成してもよい。

保護層２２は、転写層２０をプリフォーム上に転写し、基体シート２１を取り除いた後、導電回路付プリフォームの最表面となる層である。保護層２２を形成することによって、絵柄層２３や導電回路層２４に耐水性や耐久性を付与できる。保護層２２の材質としては、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、セルロース系樹脂、ゴム系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂などの他、塩化ビニル―酢酸ビニル共重合体系樹脂、エチレン―酢酸ビニル共重合体系樹脂などのコポリマーを用いるとよい。保護層２２に硬度が必要な場合には、紫外線硬化性樹脂などの光硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂などの放射線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂などを選定して用いるとよい。保護層２２の形成方法としては、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法などの通常の印刷法や、グラビアコート法、ロールコート法などのコート法を用いるとよい。

絵柄層２３は、保護層２２上に全面的に形成してもよく、部分的に形成してもよい。絵柄層２３の材質としては、ポリビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、ポリエステルウレタン系樹脂、セルロースエステル系樹脂、アルキド系樹脂などの樹脂をバインダーとし、適切な色の顔料または染料を着色剤として含有する着色インキを用いるとよい。絵柄層２３の形成方法としては、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法などの通常の印刷法や、グラビアコート法、ロールコート法などのコート法を用いるとよい。

導電回路層２４は、上述した導電性と延伸性を有するインキを用いて形成する。形成方法としては、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法などの通常の印刷法や、グラビアコート法、ロールコート法などのコート法を用いるとよい。

接着層２５はプリフォーム１１上に上記の各層を接着するために形成する。接着層２５としては、プリフォームの材質に適した感熱性または感圧性の樹脂を適宜選択して用いるとよい。たとえば、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩素化ポリオレフィン樹脂、塩素化エチレン‐酢酸ビニル共重合体樹脂、塩化ビニル‐酢酸ビニル共重合体系樹脂、環化ゴム、クマロンインデン樹脂などを挙げることができる。接着層２５の形成方法としては、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法などの通常の印刷法や、グラビアコート法、ロールコート法などのコート法を用いるとよい。

なお、上記の各層を形成する際の乾燥温度は、５０℃〜２００℃にすることができる。

上記の転写シート２を、プリフォーム１１上に配置する（図３参照）。加熱したローラー３とプリフォーム１１を、互いに逆方向に回転させながら、ローラー３で転写シート２をプリフォーム１１に押し付ける。転写時の温度は１００℃〜２５０℃、転写時の圧力は０．１ＭＰａ〜２０ＭＰａとするとよい。このときの熱と圧力によって、転写シート２の転写層２０をプリフォーム１１の円周上に転写することができる。転写後、基体シート２１を取り除き、導電回路付プリフォーム１を得ることができる。なお、本実施形態ではローラー３によって転写する方法を示したが、これに限定されるものではなく、たとえば、ローラーに代えて平板でもよい。この場合、加熱した平板で転写シート２をプリフォーム１１に押し付けながら、プリフォーム１１を回転させて図の左右いずれかの方向に移動する。このときの熱と圧力によって、転写層２０をプリフォーム１１上へ転写することができる。

導電性と延伸性を有するインキを用いて、プリフォーム１１上に導電回路層２４を形成する工程には、次のような工程を含むことができる（図５参照）。
（１）プリフォーム１１上に、上述のインキを用いて導電回路層２４を形成する工程
（２）導電回路層２４上に、絵柄層２３を形成する工程
（３）絵柄層２３上に、保護層２２を形成する工程
なお、プリフォーム１１と導電回路層２４との密着性を上げるため、プリフォーム１１上に表面処理を施してもよい。そのような表面処理方法としては、ガスフレーム法、コロナ放電処理などが挙げられる。プリフォーム１１上の各層は、転写法で説明したような材質や方法で形成することができる。

導電回路層２４を含む各層を、プリフォーム１１に転写し、または印刷することによって、プリフォーム１１上に容易に導電回路層２４を設置することができる。

本発明の導電回路付成形品の製造方法は、導電回路層２４と導通するように、プリフォーム１１上に電子部品を装着する工程をさらに有することができる。電子部品としては、たとえば、ＩＣチップが挙げられる。この場合、プリフォーム１１上に、ＩＣチップ１２と導通する形状にパターニングしたアンテナ１３を、上述のインキを用いて印刷法で形成する（図６参照）。アンテナ１３は、リーダー／ライターから発生している磁束がアンテナ１３を通過したときに生じる電流が流れる部分である。この電流がアンテナ１３からＩＣチップ１２に供給されてＩＣチップ１２が起動し、リーダー／ライターとの間で情報のやり取りができるようになる。次に、アンテナ１３とＩＣチップ１２の回路とを、導電性接着剤などによって電気的に導通接続する。絵柄層や保護層を順次形成して導電回路付プリフォーム１を得る。この導電回路付プリフォーム１をブロー成形して、導電回路付成形品７を得ることができる。

なお、プリフォーム１１上に導電回路層２４を含む各層を、印刷によって形成する場合においては、耐熱性のあるＩＣチップ１２を選定したり、絵柄層２３や保護層２２の厚みや材質を適切に選定したりすることによって、各層を乾燥する際の熱からＩＣチップ１２を保護することができる。

電子部品の装着は、導電回路層２４を含む各層をプリフォーム１１上に転写する場合においても実施できる（図７参照）。この場合は、基体シート２１上に保護層や絵柄層を形成し、さらにＩＣチップ１２と導通する形状にパターニングしたアンテナ１３（導電回路層）を、上述のインキを用いて印刷する。次に、アンテナ１３とＩＣチップ１２の回路とを、導電性接着剤などによって電気的に導通接続して、転写シート２を得る。接着層２５は、得られた転写シート２に形成してもよく、プリフォーム１１に形成してもよい。転写シート２をプリフォーム１１に転写し、導電回路付プリフォーム１をブロー成形すると、導電回路付成形品を得ることができる。または、ＩＣチップ１２をプリフォーム１１上に装着して、プリフォーム１１に図４のような転写シート２を転写することで導電回路付プリフォーム１を得ることもできる。この方法において、ＩＣチップ１２の回路と接する接着層２５上には導電性接着剤を塗布するとよい。このようにすると、転写時の熱と圧力によって導電性接着剤が融着し、ＩＣチップ１２の回路とアンテナ１３とを導通接続することができる。

なお、耐熱性や耐久性のあるＩＣチップ１２を選定したり、基体シート２１、転写層２０の各層の厚みや材質を適切に選定したりすることによって、転写時の熱や圧力からＩＣチップ１２を保護することができる。

本発明の導電回路付成形品の製造方法は、導電回路層２４と導通するように、導電回路付成形品に電子部品を装着する工程をさらに有することができる。電子部品としては、たとえばＩＣチップが挙げられる。この場合、導電回路層２４は、図６または図７に示すようなコイル状のアンテナ１３として形成する。導電回路付成形品７に保護層２２や絵柄層２３が形成されていない場合は、たとえばアンテナ１３上に塗布した導電性接着剤を介してＩＣチップ１２を装着することで、アンテナ１３とＩＣチップ１２を導通接続することができる。導電回路付成形品７に保護層２２や絵柄層２３が形成されている場合は、たとえば、次のような方法でアンテナ１３とＩＣチップ１２を導通接続することができる。（１）保護層２２と絵柄層２３を貫通してアンテナ１３に到達する穴を設け、（２）穴に導電ペーストを充填し、（３）導電ペースト上に塗布した導電性接着剤を介してＩＣチップ１２を装着する。

なお、電子部品としてはＩＣチップの他に、ディスプレイモジュール、タッチパネル、太陽電池、各種センサー（ガスセンサー、熱センサー、圧力センサー）などを利用することもできる。

以上のようにして、本発明の導電回路付成形品と導電回路付プリフォームを得ることができる。

１ ：導電回路付プリフォーム
１１ ：プリフォーム
１２ ：ＩＣチップ
１３ ：アンテナ
２ ：転写シート
２０ ：転写層
２１ ：基体シート
２２ ：保護層
２３ ：絵柄層
２４ ：導電回路層
２５ ：接着層
３ ：ローラー
４ ：ヒーター
５ ：金型
６ ：延伸ロッド
７ ：導電回路付成形品

Claims (16)

1. プリフォーム上に、延伸性を有するインキを用いて導電回路層を形成し、前記プリフォームをブロー成形して導電回路付成形品を得ることを特徴とする導電回路付成形品の製造方法。
2. 前記プリフォーム上に前記導電回路層を形成する工程は、
   基体シート上に、前記インキを用いて形成された前記導電回路層を含む転写層を形成して転写シートを得る工程と、
   前記プリフォーム上に前記転写シートを配置し、前記転写シートに熱と圧力を加えて前記プリフォームに前記転写層を転写し、前記基体シートを取り除く工程と
   を含むものである請求項１に記載の導電回路付成形品の製造方法。
3. 前記基体シートと前記導電回路層との間に、絵柄層を形成する工程をさらに有するものである請求項２に記載の導電回路付成形品の製造方法。
4. 前記基体シートと前記絵柄層との間に、保護層を形成する工程をさらに有するものである請求項３に記載の導電回路付成形品の製造方法。
5. 前記プリフォーム上に前記導電回路層を形成する工程は、
   前記プリフォーム上に、前記インキを用いて前記導電回路層を印刷する工程を含むものである請求項１に記載の導電回路付成形品の製造方法。
6. 前記導電回路層上に、絵柄層を形成する工程をさらに有するものである請求項５に記載の導電回路付成形品の製造方法。
7. 前記絵柄層上に、保護層を形成する工程をさらに有するものである請求項６に記載の導電回路付成形品の製造方法。
8. 前記導電回路層は、前記プリフォームの伸び率が４０％以下の箇所に形成するものである請求項１〜７のいずれか一項に記載の導電回路付成形品の製造方法。
9. 前記インキは、銀、ＰＥＤＯＴ、カーボンブラック、カーボンナノチューブのうちいずれか１つを含むものである請求項１〜８のいずれか一項に記載の導電回路付成形品の製造方法。
10. 前記導電回路層と導通するように、前記プリフォーム上に電子部品を装着する工程をさらに有するものである請求項１〜９のいずれか一項に記載の導電回路付成形品の製造方法。
11. 前記導電回路層と導通するように、前記導電回路付成形品に電子部品を装着する工程をさらに有するものである請求項１〜９のいずれか一項に記載の導電回路付成形品の製造方法。
12. ブロー成形によって導電回路付成形品を得るための導電回路付プリフォームであって、プリフォーム上には、延伸性を有するインキを用いて導電回路層が形成されており、前記インキは、導電性と延伸性を有する粒子と、前記粒子を前記インキ中に分散させるバインダー樹脂とを含み、前記粒子と前記バインダー樹脂との重量比率は２０：８０〜９９：１である、導電回路付プリフォーム。
13. 前記導電回路層上に、絵柄層を有するものである請求項１２に記載の導電回路付プリフォーム。
14. 前記絵柄層上に、保護層を有するものである請求項１３に記載の導電回路付プリフォーム。
15. 前記粒子は、銀、ＰＥＤＯＴ、カーボンブラック、カーボンナノチューブのうちいずれか１つである、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の導電回路付プリフォーム。
16. 前記導電回路層と導通するように、前記プリフォーム上に電子部品が装着されているものである請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の導電回路付プリフォーム。

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