JP6072599B2 - メッキ膜を有する成形体の製造方法及びメッキ膜を有する成形体 - Google Patents
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Description
第1の実施形態として、図1に示すメッキ膜を有する成形体の製造方法を説明する。
<成形体の成形>
図1のステップS1及びS2に示す、成形体の成形方法について説明する。まず、第1の熱可塑性樹脂に金属微粒子が分散した第1の樹脂ペレットを用意する(ステップS1)。本明細書において、「樹脂ペレット」とは、樹脂を加工し易いように小さな塊(ペレット)としたものを意味し、サイズ及び形状はペレットの用途により様々であるが、例えば、3〜5mm程度の粒子状、円柱状の樹脂の小片である。
図5に示すように、本実施形態で成形した成形体100は、第2の熱可塑性樹脂であるナイロンのマトリックス(海)103に、金属微粒子102を含有する第1の樹脂であるブロック共重合体のドメイン(島)101が存在するマトリックス-ドメイン構造(海−島構造)を有する。
次に、図1のステップS3〜S5に示す、成形体の表面に部分的にメッキ膜を形成する方法について説明する。まず、図6(a)に示すように、成形体100に無電解メッキ液を接触させ、成形体表面に無電解メッキ膜105を形成する(ステップS3)。成形体100は、無電解メッキ触媒として機能する金属微粒子102を含むため、成形体表面に触媒を付与する必要がなく、触媒付与のために環境負荷が高い薬品を用いた表面処理を行う必要がない。無電解メッキ液としては、公知のものを使用できるが、触媒活性が高く液が安定であるという点から、無電解ニッケルリンメッキ液、無電解ニッケルボロンメッキ液等が好ましい。本実施形態では、無電解ニッケルリンメッキ液を用いて、成形体表面に、ニッケル含有膜であるニッケルリン膜を形成する。尚、ニッケル含有膜は酸化被膜を形成して安定化し易いため、その上に他のメッキ膜を積層することが、密着性確保という点から困難となる。したがって、ニッケル含有膜の表面には、無電解銅メッキ、電解銅メッキ等の酸化被膜を除去しやすい金属膜を形成しておくことが望ましい。
図6(d)に示すメッキ膜を有する成形体110は、メッキ膜105及び108が、成形体100の表面に部分的に形成されており、成形体100の表面近傍には、無電解メッキ膜105と同組成の金属からなる金属粒子(ニッケルリン粒子)104が存在する。金属粒子104は、メッキ膜105及び108が形成されている成形体の表面近傍と、メッキ膜が形成されていないメッキ膜除去部分107の表面近傍との両領域に存在する。メッキ膜除去部分107の表面近傍に存在する金属粒子104同士は電気的な結合はしていないため、メッキ膜除去部分107の絶縁性は保持される。一方で、表面近傍に存在する金属粒子104の存在により、成形体100の熱伝達性は向上する。したがって、本実施形態で得られたメッキ膜を有する成形体110は、導電性を有するメッキ膜105及び108から形成される電気回路を有し、放熱性の高いMIDとして使用可能である。例えば、LED等の回路を形成しつつ、背面からの熱を逃がすデバイスに利用できる。更に、メッキ膜を有する成形体110は、表面近傍に存在する金属粒子104により、電磁波シールド性能も有する。
第2の実施形態として、図2に示すメッキ膜を有する成形体の製造方法を説明する。本実施形態では、メッキ膜を形成する前に、成形体の表面の一部を加熱することによって、成形体の表面に部分的にメッキ膜を形成する。
第3の実施形態として、図3に示すメッキ膜を有する成形体の製造方法を説明する。本実施形態では、メッキ膜を形成する前に、成形体の表面を部分的に除去して凹部を形成することによって、成形体の表面に部分的にメッキ膜を形成する。
第4の実施形態として、図4に示すメッキ膜を有する成形体の製造方法を説明する。本実施形態は、非発泡成形体の代わりに発泡成形体を成形する以外は、第1の実施形態と同様の方法により、成形体の表面に部分的にメッキ膜を形成する。従って、本実施形態では、図1に示すステップS1及びS2の非発泡成形体の成形工程の代わりに、図4に示すステップS11〜S16の発泡成形体の成形工程を実施する。
実施例1では、まず、第1の樹脂ペレット及び第2の樹脂ペレットを用いて射出成形により非発泡成形体(ソリッド成形体)を成形した。次に、得られた成形体の表面に無電解メッキ膜を形成し、無電解メッキ膜にレーザ光を照射して無電解メッキ膜の一部を除去することにより、成形体の表面に部分的にメッキ膜を形成した。
まず、本実施例で樹脂ペレットの製造に用いた装置について説明する。図13に示すように、樹脂ペレット製造装置2000は、金属微粒子を混合した熱可塑性樹脂を押出成形する押出成形装置400と、金属微粒子を含む加圧二酸化炭素(混合加圧流体)を押出成形装置400に供給する加圧流体供給装置300と、押出成形装置400により押出成形された熱可塑性樹脂を冷却する樹脂冷却装置500と、制御装置(不図示)を備える。制御装置は、加圧流体供給装置300、押出成形装置400、及び樹脂冷却装置500を動作制御する。
上で説明した図13に示す樹脂ペレット製造装置2000を用いて、以下に説明する方法により、第1の樹脂ペレットを製造した。まず、液体二酸化炭素ボンベ301から液体二酸化炭素を吸引し、二酸化炭素用シリンジポンプ302の圧力制御により所定圧力まで液体二酸化炭素を加圧した。また、溶液用シリンジポンプ312により、溶液槽311から溶媒に金属微粒子を溶解させた溶液Cを吸引し、溶液用シリンジポンプ312の圧力制御により所定圧力まで溶液Cを加圧する。本実施例では、溶液Cの溶媒としてパーフルオロペンチルアミンのフッ素系有機溶媒を用いた。
汎用の射出成形機(日本製鋼所製、J180AD‐2M‐300H)を用いて、得られた第1の樹脂ペレットを第2の樹脂ペレットに混合し、溶融して射出成形し、平板形状の成形体を得た。第1の樹脂ペレットの割合は、第1の樹脂ペレットと第2の樹脂ペレットとの総量に対して10wt%とした。
成形体を常温の2.5N塩酸水溶液に1分浸漬した後、85℃の1,3−ブタンジオール水溶液(75vol%)に5分間浸漬させ、その後、85℃の無電解ニッケルメッキ液に5分浸漬し、ニッケルリンメッキ膜を50nm形成した。次に、ニッケルリンメッキ膜上に、汎用の方法により、電解銅メッキ膜1μm形成した。
メッキ膜を形成した成形体に、3Dレーザ描画装置(キーエンス製、MD−z9900、YVO4レーザ)を用いて、所定のパターンに沿ってレーザ光を照射しした。レーザ光の線幅は、500μmとした。レーザ光を照射した部分はメッキ膜が除去され、残されたメッキ膜により成形体表面にメッキ膜が部分的(選択的)に形成された。
部分的に形成されたメッキ膜の上に、更に、電解銅メッキ膜を5μm、電解ニッケルメッキ膜を1μm、この順に積層し、本実施例におけるメッキ膜を有する成形体を得た。
(1)耐熱性評価
本実施例で得られたメッキ膜を有する成形体(以下、適宜「試料(I)」と記す)に対して、−35℃の環境と120℃の環境に交互に曝すサイクル試験を3サイクル実施するヒートショック試験を行った。この結果、試料(I)にメッキ膜の膨れ、剥がれ等は生じなかった。また、試料(I)を280℃の電気炉中に1分間晒す耐熱試験を行った。その結果、メッキ膜の膨れ及び変形、成形体の変形は生じなかった。この結果から、試料(I)がハンダリフロー可能な耐熱性を有することがわかった。これは、第2の樹脂ペレットとしてガラス繊維を多く含有した耐熱性の高い樹脂を用いて成形した成形体に、成形体内部からメッキ膜を成長させ、密着性の高いメッキ膜を形成したためと推測される。
試料(I)のメッキ膜除去部分を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した。メッキ膜除去部分には、ニッケルリン粒子が確認されたが、電気的に結合しておらず絶縁性が保持されていた。試料(I)は、メッキ膜除去部分のニッケルリン粒子の存在により、メッキ膜パターンを電気回路とするMIDとして利用した場合に、熱導電性や電磁波シールド性を向上させることが期待できる。
本実施例では、物理発泡剤を用いて発泡成形体を成形した。それ以外は、実施例1と同様の方法により、メッキ膜を有する成形体を製造した。第1の樹脂ペレット及び第2の樹脂ペレットも実施例1と同様のものを用いた。
まず、本実施例で発泡成形体の成形に用いた射出成形装置1000について説明する。図10に示すように、射出成形装置1000は、物理発泡剤である加圧窒素を可塑化シリンダ210に供給する窒素ボンベ290と、可塑化シリンダ210と、金型255が設けられた型締めユニット250と、可塑化シリンダ210と金型255との間に位置するノズルユニット280と、制御装置(不図示)を備える。制御装置は、可塑化シリンダ210、型締めユニット250及びノズルユニット280を動作制御する。ノズルユニット280の先端にエアーシリンダ12の駆動により開閉するシャットオフバルブ36が設けられ、ノズルユニット280及び可塑化シリンダ210の内部を高圧に保持できる。ノズルユニット280の先端には、金型255が密着し、金型255が形成するキャビティ253内に、ノズルユニット280から溶融樹脂が射出充填される。
上で説明した図10に示す射出成形装置1000を使用し、実施例1と同様の第1の樹脂ペレット及び第2の樹脂ペレットを用いて、以下に説明する方法により発泡成形体を成形した。実施例1と同様に、第1の樹脂ペレットの割合は、第1の樹脂ペレットと第2の樹脂ペレットとの総量に対して10wt%とした。
実施例1と同様の方法により、得られた成形体表面にメッキ膜を部分的(選択的)に形成した。
本実施例で得られたメッキ膜を有する成形体に対して、実施例1と同様の方法により、ヒートショック試験及び耐熱試験を行い、耐熱性評価を行った。その結果、メッキ膜の膨れ及び変形、成形体の変形は生じなかった。本実施例で得られたメッキ膜を有する成形体は、表面が平滑で軽量且つ高寸法精度であり、耐熱性も高いことから、メッキ膜パターンを電気回路とするMIDとしての利用が期待できる。
本実施例では、成形体の表面に部分的にメッキ膜を形成するために、成形体表面の一部にレーザ光を照射して加熱した。それ以外は、実施例1と同様の方法により、メッキ膜を有する成形体を製造した。第1の樹脂ペレット及び第2の樹脂ペレットも実施例1と同様のものを用いたが、レーザ光の吸収を高めるために、黒色のマスターバッチを第1の樹脂ペレット及び第2の樹脂ペレットと共に用いて成形体を成形した。黒色のマスターバッチは、使用する樹脂ペレット総量に対して5wt%添加した。
本実施例では、成形体の表面に部分的にメッキ膜を形成するために、成形体表面の一部を熱プレスして加熱した。それ以外は、実施例1と同様の方法により、メッキ膜を有する成形体を製造した。第1の樹脂ペレット及び第2の樹脂ペレットも実施例1と同様のものを用いた。
本実施例では、第2の樹脂ペレットとして、低吸水性樹脂であるポリカーボネート(三菱エンジアリングプラスチック製、ユーピロンH−4000)を用い、成形体の表面に部分的にメッキ膜を形成するために、成形体表面に溝(凹部)を形成した。それ以外は、実施例1と同様の方法により、メッキ膜を有する成形体を製造した。第1の樹脂ペレットも実施例1と同様のものを用いた。
101 第1の熱可塑性樹脂
102 金属微粒子
103 第2の熱可塑性樹脂
104 金属粒子
105 無電解メッキ膜
106 レーザ光
107 メッキ膜除去部分
108 電解メッキ膜
109 再固化部
111 金型
112 加熱部
110、120、130、140 メッキ膜を有する成形体
210 可塑化シリンダ
250 型締めユニット
255 金型
280 ノズルユニット
290 窒素ボンベ
300 加圧流体供給装置
400 押出成形装置
500 樹脂冷却装置
1000 射出成形装置
2000 樹脂ペレット製造装置
Claims (17)
- メッキ膜を有する成形体の製造方法であって、
金属微粒子が分散している第1の樹脂ペレットを用意することと、
第1の樹脂ペレットと、第2の樹脂ペレットとを混合し、溶融して成形することにより成形体を得ることと、
前記成形体の表面に部分的にメッキ膜を形成することを含むことを特徴とするメッキ膜を有する成形体の製造方法。 - 前記メッキ膜を部分的に形成することが、
前記成形体に無電解メッキ膜を形成することと、
前記無電解メッキ膜にレーザ光を照射して、前記無電解メッキ膜の一部を除去することを含むことを特徴とする請求項1に記載のメッキ膜を有する成形体の製造方法。 - 第2の樹脂ペレットがポリアミドを含むことを特徴とする請求項2に記載のメッキ膜を有する成形体の製造方法。
- 前記メッキ膜を部分的に形成することが、
前記成形体の表面の一部を加熱することと、
前記成形体の表面の加熱した部分以外の領域に無電解メッキ膜を形成することを含むことを特徴とする請求項1に記載のメッキ膜を有する成形体の製造方法。 - 第2の樹脂ペレットが結晶性樹脂を含むことを特徴とする請求項4に記載のメッキ膜を有する成形体の製造方法。
- 前記成形体の成形後1時間以内に、前記成形体の表面の一部を加熱することを特徴とする請求項4又は5に記載のメッキ膜を有する成形体の製造方法。
- 前記成形体の加熱は、前記成形体へのレーザ光の照射又は熱プレスのいずれかによって行うことを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載のメッキ膜を有する成形体の製造方法。
- 前記メッキ膜を部分的に形成することが、
前記成形体の表面を部分的に除去することにより凹部を形成することと、
前記凹部に無電解メッキ膜を形成することを含むことを特徴とする請求項1に記載のメッキ膜を有する成形体の製造方法。 - 第2の樹脂ペレットが、吸水率が0.3%以下の樹脂を含むことを特徴とする請求項8に記載のメッキ膜を有する成形体の製造方法。
- 前記凹部の形成は、前記成形体のブラスト加工又は前記成形体へのレーザ光照射のいずれかによって行うことを特徴とする請求項8又は9に記載のメッキ膜を有する成形体の製造方法。
- 第1の樹脂ペレットが、親水性セグメントを含むブロック共重合体を含むことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載のメッキ膜を有する成形体の製造方法。
- 第2の樹脂ペレットは、前記金属微粒子を含有しないことを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載のメッキ膜を有する成形体の製造方法。
- 第1の樹脂ペレットの割合が、第1の樹脂ペレットと第2の樹脂ペレットとの総量に対して1〜15wt%であることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載のメッキ膜を有する成形体の製造方法。
- 前記成形体を得ることが、
第1の樹脂ペレット及び第2の樹脂ペレットを可塑化溶融して溶融樹脂とすることと、
前記溶融樹脂に、加圧二酸化炭素又は加圧窒素の少なくとも一方の物理発泡剤を混合することと、
前記物理発泡剤を混合した溶融樹脂を減圧して、前記溶融樹脂から前記物理発泡剤の一部を分離することと、
前記物理発泡剤を分離した溶融樹脂を射出成形して、発泡成形体を得ることを含むことを特徴とする請求項1〜13のいずれか一項に記載のメッキ膜を有する成形体の製造方法。 - 前記成形体を得ることが、
可塑化シリンダと、金型と、前記可塑化シリンダと前記金型の間に位置するノズルユニットを有する射出成形装置を用意することと、
前記可塑化シリンダにおいて、第1の樹脂ペレット及び第2の樹脂ペレットを可塑化溶融して溶融樹脂とし、前記溶融樹脂に前記物理発泡剤を混合することと、
前記ノズルユニットにおいて、前記物理発泡剤を混合した溶融樹脂を冷却することと、
前記ノズルユニットにおいて、前記冷却した溶融樹脂から前記物理発泡剤を分離することと、
前記ノズルユニットにおいて、前記物理発泡剤を分離した溶融樹脂を加熱することと、
前記加熱した溶融樹脂を前記金型内に射出充填し、発泡成形体を得ることを含むことを特徴とする請求項14に記載のメッキ膜を有する成形体の製造方法。 - メッキ膜を有する成形体であって、
前記メッキ膜は、前記成形体の表面に部分的に形成されており、
前記成形体の表面近傍には、前記メッキ膜と同組成の金属からなる金属粒子が存在し、
前記成形体は、第2の樹脂のマトリックス中に、金属微粒子を含む第1の樹脂のドメインが存在する構造を有することを特徴とするメッキ膜を有する成形体。 - メッキ膜を有する成形体であって、
前記メッキ膜は、前記成形体の表面に部分的に形成されており、
前記成形体の表面近傍には、前記メッキ膜と同組成の金属からなる金属粒子が存在し、
前記成形体は、第2の樹脂のマトリックス中に、金属微粒子を含む第1の樹脂のドメインが存在する構造を有し、
第1の樹脂が、親水性セグメントを有するブロック共重合体であることを特徴とするメッキ膜を有する成形体。
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