JPWO2018097323A1 - 三次元成形用導電性シート - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1には、「金属細線を並べた導電性金属部を有する透明フレキシブルフィルムヒーター」が開示されている。また、特許文献1には、「導電性金属部のパターン構造が、平行波線パターンであること」も開示されている。
特許文献2:日本国特開2015−182438号公報
一方向に延びた複数の導電性線状体が間隔をもって配列された疑似シート構造体であって、導電性線状体が、波長λ1及び振幅A1を有する波形状の第一部位と、前記第一部位の波長λ1及び振幅A1の少なくとも一方と異なる波長λ2及び振幅A2を有する波形状の第二部位と、を持つ線状体である疑似シート構造体と、
前記疑似シート構造体の一方の表面上に設けられた樹脂保護層と、
を有する三次元成形用導電性シート。
<2>
前記導電性線状体が、金属ワイヤーを含む線状体、又は導電性糸を含む線状体である<1>に記載の三次元成形用導電性シート。
<3>
前記導電性線状体が、炭素材料で被覆された金属ワイヤーを含む線状体である<1>又は<2>に記載の三次元成形用導電性シート。
<4>
前記樹脂保護層を有する側の前記疑似シート構造体の表面上に設けられた層を構成する少なくともいずれか一層が、着色剤を含む<1>〜<3>のいずれか1項に記載の三次元成形用導電性シート。
<5>
前記樹脂保護層を有する側の前記疑似シート構造体の表面上に設けられた層を構成する少なくともいずれか一層が、熱伝導性無機充填材を含む<1>〜<4>のいずれか1項に記載の三次元成形用導電性シート。
<6>
前記樹脂保護層を有する側とは反対側の前記疑似シート構造体の表面上に設けられた樹脂層を有する<1>〜<5>のいずれか1項に記載の三次元成形用導電性シート。
<7>
三次元成形用発熱シートである<1>〜<6>のいずれか1項に記載の三次元成形用導電性シート。
本実施形態に係る三次元成形用導電性シート(以下、「導電性シート」とも称する)は、一方向に延びた複数の導電性線状体が間隔をもって配列された疑似シート構造体であって、導電性線状体が、波長λ1及び振幅A1を有する波形状の第一部位と、第一部位の波長λ1及び振幅A1の少なくとも一方と異なる波長λ2及び振幅A2を有する波形状の第二部位と、を持つ線状体である疑似シート構造と、疑似シート構造体の一方の表面上に設けられた樹脂保護層と、を有する。なお、振幅は、全振幅(peak to peak)を意味している。また、ここでいう「表面」とは、複数の導電性線状体によって形成される、二次元状の構造をシートとみなした場合に表面に相当する面のことをいう。
第一部位22Aは、波長λ1と、振幅A1と、を有している。
第二部位22Bは、波長λ1よりも小さい波長λ2と、振幅A1と同じ振幅A2を有している。
第三部位22Cは、波長λ1と同じ波長λ3と、振幅A1及び振幅A2と同じ振幅A3と、を有している。
一方、第三部位22Cは、導電性線状体22の延びる方向において、第一部位22Aと同程度に導電性線状体22が直線化する。
第二部位22BBは、波長λ1と同じ波長λ2と、振幅A1よりも小さい振幅A2を有している。
第三部位22CCは、波長λ1及び波長λ2と同じ波長λ3と、振幅A1と同じ振幅A3と、を有している。
一方、第三部位22CCは、導電性線状体22の延びる方向において、第一部位22AAと同程度に導電性線状体22が直線化する。
導電性線状体22は、各部位の波長及び振幅の異なる程度は、成形品の形状に合わせて調整される。また、導電性線状体は、直線状の部位を有していてもよい。また、各部位の波長及び振幅は、段階的に異なってもよいし、漸次的に異なっていてもよい。
疑似シート構造体20は、一方向に延びた複数の導電性線状体22が、互いに間隔をもって配列された疑似シート構造体で構成されている。導電性線状体22は、周期的又は不規則に湾曲又は屈曲している。具体的には、導電性線状体22は、例えば、正弦波、矩形波、三角波、のこぎり波等の波形状の線状体となっている。つまり、疑似シート構造体20は、例えば、一方に延びた波形状の導電性線状体22が、導電性線状体22の延びる方向と直交する方向に、等間隔で複数配列された構造で構成されている。なお、複数の導電性線状体22の各間隔は、等間隔が好ましいが、不等間隔であってもよい。
なお、隣り合う2つの導電性線状体22の間隔Lとは、導電性線状体22を配列させていった方向に沿った長さであって、2つの導電性線状体22の対向する部分間の長さである(図2参照)。間隔Lは、導電性線状体22の配列が不等間隔である場合には、すべての隣り合う導電性線状体22同士の間隔の平均値であるが、間隔Lの値を制御しやすくする観点、光線透過性、発熱性等の機能均一性の確保の観点から、導電性線状体22は疑似シート構造体20において、略等間隔に配列されていることが好ましい。
一方で、導電性線状体22として、金属ワイヤーを含む線状体、又は導電性糸を含む線状体を適用すると、導電性線状体22と接着剤層32とが適度に接着している状態となる。そのため、三次元成形によるシート10の伸長に追従して、波形状の導電性線状体22が直線化して伸長する場合でも、導電性線状体22が容易に接着剤層32から剥離し、導電性線状体22の伸長を生じやすくすることができる。
金属ワイヤーとしては、銅、アルミニウム、タングステン、鉄、モリブデン、ニッケル、チタン、銀、金等の金属、又は、金属を2種以上含む合金(例えば、ステンレス鋼、炭素鋼等の鋼鉄、真鍮、りん青銅、ジルコニウム銅合金、ベリリウム銅、鉄ニッケル、ニクロム、ニッケルチタン、カンタル、ハステロイ、レニウムタングステン等)を含むワイヤーが挙げられる。また、金属ワイヤーは錫、亜鉛、銀、ニッケル、クロム、ニッケルクロム合金、はんだ等でめっきされたものであってもよく、後述する炭素材料やポリマーにより表面が被覆されたものであってもよい。
導電性糸としては、導電性繊維(金属繊維、炭素繊維、イオン導電性ポリマーの繊維等)を含む糸、表面に金属(銅、銀、ニッケル等)をめっき又は蒸着した糸、金属酸化物を含浸させた糸等が挙げられる。
カーボンナノチューブ線状体は、例えば、カーボンナノチューブフォレスト(カーボンナノチューブを、基板に対して垂直方向に配向するよう、基板上に複数成長させた成長体のことであり、「アレイ」と称される場合もある)の端部から、カーボンナノチューブをシート状に引出し、引き出したカーボンナノチューブシートを束ねた後、カーボンナノチューブの束を撚ることにより得られる。このような製造方法において、撚りの際に捻りを加えない場合には、リボン状のカーボンナノチューブ線状体が得られ、捻りを加えた場合には、糸状の線状体が得られる。リボン状のカーボンナノチューブ線状体は、カーボンナノチューブが捻られた構造を有しない線状体である。このほか、カーボンナノチューブの分散液から、紡糸をすること等によっても、カーボンナノチューブ線状体を得ることができる。紡糸によるカーボンナノチューブ線状体の製造は、例えば、米国公開公報US 2013/0251619(日本国特開2011−253140号公報)に開示されている方法により行うことができる。カーボンナノチューブ線状体の直径の均一さが得られる観点からは、糸状のカーボンナノチューブ線状体を用いることが望ましく、純度の高いカーボンナノチューブ線状体が得られる観点からは、カーボンナノチューブシートを撚ることによって糸状のカーボンナノチューブ線状体を得ることが好ましい。カーボンナノチューブ線状体は、2本以上のカーボンナノチューブ線状体同士が編まれた線状体であってもよい。
複合線状体の金属としては、例えば、金、銀、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル、クロム、スズ、亜鉛等の金属単体、これら金属単体の少なくとも一種を含む合金(銅−ニッケル−リン合金、銅−鉄−リン−亜鉛合金等)が挙げられる。
樹脂保護層30は、シート10を三次元成形して成形品に被覆した後に、シート10の表面を構成する層である。つまり、樹脂保護層30は、疑似シート構造体20、樹脂保護層30と疑似シート構造体20との間に設けられる機能層(熱伝導層、着色層、装飾層等)を保護し、シート10の表面の強度を高め、機能等を維持するための層である。
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の周知の樹脂、又はこれらを2種以上含む混合樹脂が挙げられる。
熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂組成物、ウレタン反応により硬化する樹脂組成物、ラジカル重合反応により硬化する樹脂組成物等の周知な組成物が挙げられる。
ウレタン反応により硬化する樹脂組成物としては、例えば、(メタ)アクリルポリオールと、ポリイソシアネート化合物とを含む樹脂組成物が挙げられる。
ラジカル重合反応により硬化する樹脂組成物としては、(メタ)アクリロイル基や不飽和ポリエステル等のラジカル重合反応可能な樹脂組成物が挙げられ、例えば、側鎖にラジカル重合性基を有する(メタ)アクリル樹脂(反応性基を有するビニル単量体(ヒドロキシ(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート等)の重合体に、当該共重合体の反応性基と反応し得る基を有し且つラジカル重合性基を有する単量体((メタ)アクリル酸、イソシアナート基含有(メタ)アクリレート等)を反応させた(メタ)アクリル樹脂等)、エポキシ樹脂の末端に(メタ)アクリル酸等を反応させた(メタ)アクリル基を有するエポキシアクリレート、不飽和基を有するカルボン酸(フマル酸等)をジオールと縮合した不飽和ポリエステル等が挙げられる。
熱伝導性無機充填材は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上併用してもよい。
着色剤としては、特に制限はなく、目的に応じて、無機顔料、有機顔料、染料等の周知の着色剤が適用できる。
接着剤層32は、接着剤を含む層である。樹脂保護層30と疑似シート構造体20との間に、かつ疑似シート構造体20と接触して接着剤層32を介在させたシート10とすることで、接着剤層32により、シート10の成形品の表面への被覆が容易となる。具体的には、上述したように、シート10において、疑似シート構造体20(その複数の導電性線状体22)から露出する接着剤層32により、シート10と成形品の表面との接着が容易となる。
エネルギー線による硬化の条件は、用いるエネルギー線によって異なるが、例えば、紫外線照射により硬化させる場合、紫外線の照射量は、10mJ/cm2〜3,000mJ/cm2、照射時間は1秒〜180秒であることが好ましい。
なお、当該アクリル系共重合体は、単量体成分(a1’)および単量体成分(a2’)以外のその他の単量体成分(a3’)に由来する構成単位(a3)をさらに含んでいてもよい。
ヒドロキシ基含有モノマーとしては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等が挙げられ、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートが好ましい。
カルボキシ基含有モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等が挙げられ、(メタ)アクリル酸が好ましい。
エポキシ基含有モノマーとしては、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
アミノ基含有モノマーとしては、例えばジアミノエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
シアノ基含有モノマーとしては、例えばアクリロニトリル等が挙げられる。
エネルギー線硬化性の成分としては、例えばエネルギー線が紫外線である場合には、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エトキシ化イソシアヌル酸トリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールモノヒドロキシペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、1,4−ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ジシクロペンタジエンジメトキシジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、オリゴエステル(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレートオリゴマー、エポキシ変性(メタ)アクリレート、ポリエーテル(メタ)アクリレート等の化合物であって、一分子中に紫外線重合性の官能基を2つ以上有する化合物等が挙げられる。
エネルギー線硬化性の成分は、単独で用いても二種以上を混合して用いてもよい。
硬化性官能基としては、例えば、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、グリシジル基、エポキシ基、エーテル基、エステル基、エチレン性不飽和結合を有する基等が挙げられる。これら硬化性官能基を有する化合物としては、例えば、シランカップリング剤等が挙げられる。
エネルギー線硬化性官能基を有する化合物により表面修飾された無機充填材であると、例えば、シート10を三次元成形して成形品の表面に被覆した後に硬化した接着剤層が強靭となる。
なお、接着剤層32が表面修飾された無機充填材を含有する場合には、接着剤層は、別途エネルギー線硬化性の成分を含んでいることが好ましい。
なお、無機充填材の平均粒径は、デジタル顕微鏡により無機充填材を20個観察し、無機充填材の最大径と最小径の平均径を直径として測定し、その平均値とする。
剥離層34は、シート10の三次元成形前に、疑似シート構造体20と疑似シート構造体20(その複数の導電性線状体22)から露出する接着剤層32とを保護する機能を有する。剥離層34を設けることで、取扱いによる疑似シート構造体20の破損、及び接着剤層32の接着能の低下を抑制できる。そして、シート10を三次元成形するときに、剥離層34はシート10から剥離される。
剥離基材としては、例えば、紙基材、紙基材等に熱可塑性樹脂(ポリエチレン等)をラミネートしたラミネート紙、プラスチックフィルム等が挙げられる。紙基材としては、グラシン紙、コート紙、キャストコート紙等が挙げられる。プラスチックフィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステルフィルム;ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィンフィルム等が挙げられる。剥離剤としては、例えば、オレフィン系樹脂、ゴム系エラストマー(例えば、ブタジエン系樹脂、イソプレン系樹脂等)、長鎖アルキル系樹脂、アルキド系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂等が挙げられる。
剥離層34の剥離剤層の厚さは、特に限定されない。剥離剤を含む溶液を塗布して剥離剤層を形成する場合、剥離剤層34の厚さは、0.01μm〜2.0μmが好ましく、0.03μm〜1.0μmがより好ましい。
剥離基材としてプラスチックフィルムを用いる場合、プラスチックフィルムの厚さは、3μm〜150μmであることが好ましく、5μm〜100μmであることがより好ましい。
本実施形態に係るシート10において、樹脂保護層30を有する側の疑似シート構造体20の表面上に設けられた層(以下、「疑似シート構造体20の表面層」とも称する)の合計の厚さは、導電性線状体22の直径の1.5倍〜80倍であることが好ましく、3倍〜40倍がより好ましく、5倍〜20倍が更に好ましい。
金属ワイヤーは、炭素材料で被覆されていると、接着剤層32との接着性が低下する。そのため、シート10の製造時に、金属ワイヤーを含む線状体を接着剤層32の表面上に繰り出して固定するとき、金属ワイヤーを含む線状体が接着剤層32から剥れやすい。そのため、剥離力を12N/25mm以上とし、強い接着性を有する接着剤層32を適用することが好ましい。
なお、この場合の接着剤層32の剥離力は、13N/25mm以上がより好ましい。ただし、接着剤層32の剥離力の上限は、35N/25mm以下が好ましい。
なお、この場合の接着剤層32の剥離力は、10N/25mm以下がより好ましい。ただし、接着剤層32の剥離力の下限は、2N/25mm以下が好ましい。
接着剤層32を有する表面層(幅25mm)を準備し、接着剤層32を対面させて、表面層をステンレス板の表面に貼り付ける。その状態で、荷重を掛けて、30分経過後に、JIS−Z0237(2000年)に規定された180°剥離試験を実施する。具体的には、引張試験機を用いて、表面層を300mm/分の速度で180°方向に引っ張り、表面層がステンレス板から剥離するのに要する力を、上記各接着剤層32の剥離力として測定する。なお、荷重を掛ける条件も上記JISに記載のとおりである。
本実施形態に係るシート10の製造方法は、特に限定されない。シート10は、例えば、次の工程を経て製造される。
まず、樹脂保護層30の上に、接着剤層32の形成用組成物を塗布し、塗膜を形成する。次に、塗膜を乾燥させて、接着剤層32を作製する。次に、導電性線状体22を所定の波形状に成形した後、波形状の導電性線状体22を配列しながら、樹脂保護層30と接着剤層32との積層体(その接着剤層32)上に配置し、疑似シート構造体20を形成する。そして、樹脂保護層30と接着剤層32と疑似シート構造体20の積層体における、接着剤層32を有する側とは反対側の疑似シート構造体20の表面に剥離層34を貼り合せる。
本実施形態に係るシート10は、家電筐体、車両内装部品、建材内装材等に使用される成形品の表面に、TOM成形、フィルムインサート成形、真空成形等の三次元成形法を利用して、シート10を適用し、成形品を被覆することに用いられる。
シート10により形成される被覆層を表面導電体として形成された成形品は、例えば、曲面タッチパネル等の表面導電物品、氷雪融解用発熱物品(信号機点灯部等)、暖房用発熱物品(自動車の発熱する内装品等)等の表面発熱物品として用いることができる。
シート10は、上述のように、被覆対象である成形品が複雑な立体形状である場合であっても、導電性シートの機能低下が抑制できる。
そのため、シート10は、複雑な立体形状を有する成形品、例えば、曲面を有する成形品に好適に用いることができる。
本実施形態に係るシート10は、上記形態に限定されず、変形、又は改良してもよい。以下、本実施形態に係るシート10の変形例について説明する。以下の説明では、本実施形態に係るシート10で説明した部材と同一であれば、図中に、同一符号を付してその説明を省略または簡略する。
本実施形態に係るシート10は、例えば、上記層構成に限定されず、他の層構成であってもよい。
例えば、シート10は、図4に示すように、図2に例示した層構成を基本としつつ、1)樹脂保護層30と接着剤層32との間に設けられた樹脂層36(以下「中間樹脂層36」とも称する)、2)樹脂保護層30を有する側とは反対側の疑似シート構造体20の表面上に設けられた樹脂層38(以下「下樹脂層38」とも称する)、及び3)疑似シート構造体20を有する側とは反対側の樹脂保護層30の表面上に設けられた剥離層40(以下「上剥離層40」とも称する)の少なくとも一層を有するシート11であってもよい。
中間樹脂層36は、例えば、熱伝導層、着色層、装飾層、プライマー層、成分移行防止層等の機能層として設ける層である。中間樹脂層36は、これら機能が異なる複数の層を設けてもよい。また、中間樹脂層36は、単層で、複数の機能を有してもよい。
また、中間樹脂層36が着色層である場合、中間樹脂層36は、例えば、着色剤および熱可塑性樹脂を含む層で構成される。中間樹脂層36が着色層であると、導電性線状体22の隠蔽性が高まる。この場合、樹脂保護層30として光透過性を有する層が適用されてもよい。
また、中間樹脂層が装飾層である場合、表面に、画像形成材料(インク、トナー等)により画像(例えば、図、文字、模様、絵柄等の画像)が形成された熱可塑性樹脂層で構成される。画像の形成方法は、グラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷、熱転写印刷などの周知の印刷法が適用される。中間樹脂層が装飾層である場合、シート11は三次元加飾用シートとして適用できる。この場合、樹脂保護層30は光透過性を有する層が適用される。
また、熱伝導性無機充填材を含む層(熱伝導層)は、中間樹脂層36に限られず、樹脂保護層30を有する側の疑似シート構造体20の表面上に設けられた層を構成する少なくともいずれか一層に適用することができる。
また、装飾層は、中間樹脂層36に限られず、樹脂保護層30を有する側の疑似シート構造体20の表面上に設けられた層を構成する少なくともいずれか一層に適用することができる。
下樹脂層38は、シート11を三次元成形して成形品の表面に被覆するときき、シート11を成形品の表面に熱溶着するための樹脂層である。特に、下樹脂層38を有するシート11は、三次元成形法のうち、フィルムインサート法に適している。
上剥離層40は、三次元成形前、三次元成形時において、樹脂保護層30を保護する機能を有する。上剥離層40は、三次元成形後にシート11から剥離される。特に、上剥離層40を有するシート11は、三次元成形法のうち、フィルムインサート法に適している。なお、必要に応じて、上剥離層40は、三次元成形前にシート11から剥離してもよい。
上剥離層40としては、三次元成形時の加熱に対する耐性を有すれば、特に限定されず、剥離層34と同様な構成が例示される。特に、上剥離層40としては、樹脂保護層30の保護機能、三次元成形時の加熱に対する耐性の観点から、耐熱性の樹脂フィルムからなる層等が好ましい。
例えば、図示しないが、本実施形態に係るシート10は、疑似シート構造体20をシート面方向(シート表面に沿った方向)に複数配列したシートであってもよい。複数の疑似シート構造体は、互いの導電性線状体22の延びる方向を平行に配列してもよいし、交差させて配列させてもよい。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
Claims (7)
- 一方向に延びた複数の導電性線状体が間隔をもって配列された疑似シート構造体であって、導電性線状体が、波長λ1及び振幅A1を有する波形状の第一部位と、前記第一部位の波長λ1及び振幅A1の少なくとも一方と異なる波長λ2及び振幅A2を有する波形状の第二部位と、を持つ線状体である疑似シート構造体と、
前記疑似シート構造体の一方の表面上に設けられた樹脂保護層と、
を有する三次元成形用導電性シート。 - 前記導電性線状体が、金属ワイヤーを含む線状体、又は導電性糸を含む線状体である請求項1に記載の三次元成形用導電性シート。
- 前記導電性線状体が、炭素材料で被覆された金属ワイヤーを含む線状体である請求項1又は請求項2に記載の三次元成形用導電性シート。
- 前記樹脂保護層を有する側の前記疑似シート構造体の表面上に設けられた層を構成する少なくともいずれか一層が、着色剤を含む請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の三次元成形用導電性シート。
- 前記樹脂保護層を有する側の前記疑似シート構造体の表面上に設けられた層を構成する少なくともいずれか一層が、熱伝導性無機充填材を含む請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の三次元成形用導電性シート。
- 前記樹脂保護層を有する側とは反対側の前記疑似シート構造体の表面上に設けられた樹脂層を有する請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の三次元成形用導電性シート。
- 三次元成形用発熱シートである請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の三次元成形用導電性シート。
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