(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性樹脂を金型に射出して所望の形状の成形品を得る導電性樹脂成形品の製造方法において、
（ｉ）金型内の導電性樹脂の射出成形流動解析を行い、金型内の任意場所における樹脂のせん断速度を予測し、
（ｉｉ）これとは別に導電性樹脂のせん断速度と成形品の表面固有抵抗値との関係を決定し、両者の関数式を誘導しておき、
（ｉｉｉ）前記関数式を用いて、予測されたせん断速度から成形品の任意場所の表面固有抵抗値を算出し、
（ｉｖ）前記（ｉｉｉ）のステップで算出される表面固有抵抗値が所望の値になるように、予測されるせん断速度を射出成形条件および／または金型形状の設定により調節することを特徴とする導電性樹脂成形品の製造方法。
【請求項２】
ステップ（ｉｖ）において、射出成形条件としてゲート位置が採用される請求項１に記載の導電性樹脂成形品の製造方法。
【請求項３】
成形品がＩＣトレーである請求項１または２に記載の導電性樹脂成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は導電性樹脂成形品の製造方法に関するものであり、さらに詳しくは本発明は、射出成形品の表面固有抵抗値を、成形品形状にとらわれずにあらかじめ把握することで、的確に射出成形条件を設定することができ、しかも導電性樹脂の配合設計や金型製作等に係るコストを大幅に減少することのできる導電性樹脂成形品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、導電性樹脂は、ポリ塩化ビニル樹脂等にカーボンブラック、炭素繊維、金属粉、酸化亜鉛等の導電性を有する添加物を数〜数十重量％添加して製造されている。
【０００３】
しかしながら、このような導電性樹脂を加熱溶融後、金型内に高圧で射出して製造された成形品は、表面固有抵抗値が１０２〜１０１４Ω／ｓｑ．の範囲で大きく変動してしまうという欠点がある。これはカーボンブラック等の導電性添加物に抵抗値が大きく変化する変極点が存在するからである。したがって、導電性樹脂の射出成形では、射出成形条件や金型寸法が僅かに異なっても、成形品の表面固有抵抗値が大きく変動してしまうものであった。
【０００４】
上記のような理由から、従来においては数種類の導電性樹脂を用いて射出成形して成形品の抵抗値を測定し、この抵抗値が所望の値になるように導電性樹脂の配合設計を変更したり、金型の試作等を数回繰り返さなければならなかった。しかし、このような方法を行っても成形品の金型ゲート付近と流動末端付近との抵抗値が大きく異なったり、樹脂の収縮率が変化して設計通りの成形品が得られ難いなどの問題点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、射出成形品の表面固有抵抗値を成形品形状にとらわれずにあらかじめ把握することで、的確に射出成形条件を設定することができ、しかも導電性樹脂の配合設計や金型製作等に係るコストを大幅に減少することのできる導電性樹脂成形品の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は鋭意検討の結果、導電性樹脂の成形品の表面固有抵抗値は、金型内のせん断速度の分布に大きく影響するという驚くべき事実を見いだし、上記のような従来の課題を解決することができた。
【０００７】
すなわち本発明は、導電性樹脂を金型に射出して所望の形状の成形品を得る導電性樹脂成形品の製造方法において、
（ｉ）金型内の導電性樹脂の射出成形流動解析を行い、金型内の任意場所における樹脂のせん断速度を予測し、
（ｉｉ）これとは別に導電性樹脂のせん断速度と成形品の表面固有抵抗値との関係を決定し、両者の関数式を誘導しておき、
（ｉｉｉ）前記関数式を用いて、予測されたせん断速度から成形品の任意場所の表面固有抵抗値を算出し、
（ｉｖ）前記（ｉｉｉ）のステップで算出される表面固有抵抗値が所望の値になるように、予測されるせん断速度を射出成形条件および／または金型形状の設定により調節することを特徴とする導電性樹脂成形品の製造方法を提供するものである。
【０００８】
また本発明は、ステップ（ｉｖ）において、射出成形条件としてゲート位置が採用される前記の導電性樹脂成形品の製造方法を提供するものである。
【０００９】
さらに本発明は、成形品がＩＣトレーである前記の導電性樹脂成形品の製造方法を提供するものである。
【００１０】
なお、従来技術において、射出成形流動解析（ＣＡＥ）でせん断速度分布を予測するシステムは存在するが、せん断速度が成形品の表面固有抵抗値に影響を及ぼすという事実は全く知られていなかった。
【００１１】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
上記のように本発明は、導電性樹脂を射出成形して得られる成形品の表面固有抵抗値は、金型内の導電性樹脂のせん断速度と特定の相関関係を有することを見いだしたことに基づいている。
【００１２】
図１は、その相関関係を示すためのグラフである。図１において、縦軸を表面固有抵抗値の対数、横軸をせん断速度の対数とした場合、両者に著しい相関関係が存在することが分かる。したがって特定の関数式を誘導することができる。なお、図１のグラフを導くための実験の詳細は、下記実施例に記載した。
【００１３】
金型内の導電性樹脂のせん断速度から成形品の表面固有抵抗値が導かれることにより、様々な有利な点が提供される。例えばＩＣトレーは、表面固有抵抗値が一定範囲、例えば単位面積あたり１０５〜１０８Ωであることが要求される。抵抗値がこの範囲外ではＩＣに悪影響を及ぼすことが知られている。上記のようにカーボンブラック等の導電性添加物には、抵抗値が大きく変化する変極点が存在し、例えばＩＣトレーの表面固有抵抗値を所望の範囲にすることは極めて困難であった。本発明によれば、せん断速度を予測することによってのみ、成形品の表面固有抵抗値を制御することができるため、このような従来の課題は完全に解決される。
【００１４】
せん断速度の予測は、公知の射出成形流動解析（ＣＡＥ）により行うことができる。この方法は、溶融した樹脂の金型内への充填工程における流動状態を、コンピューターシミュレーションによって予測するものである。一般的に、得られる成形品の形状を多数の微小要素に分割し、各要素ごとにせん断速度を予測することができるため、結果として成形品全体の任意場所における予測せん断速度が得られる。
【００１５】
予測されるせん断速度と表面固有抵抗値との間の相関関係、すなわち関数式は、複数回以上の実験を行いデータベースを作成し、このデータベースから求めることが望ましい。
例えば射出成形条件として、少なくとも射出速度は３水準以上変化させ、成形品肉厚は２種類以上、例えば１ｍｍおよび３ｍｍの２種類以上とし、その他にも考えられる様々な条件、例えば射出圧力、保持圧力、射出・保圧時間、冷却時間、金型温度、樹脂温度、ゲート種類、ゲート寸法、ゲート数、ゲート位置を変化させ、それぞれの予測されたせん断速度に対応する表面固有抵抗値を調査し、データベースを作成することが望ましい。中でもゲート数および位置の変更が、せん断速度の制御に好適である。
【００１６】
コンピューターシミュレーションにより予測されるせん断速度が、所望の表面固有抵抗値に対応するように、金型形状、射出成形条件若しくは導電性樹脂グレードを適宜決定すれば、所望の表面固有抵抗値を有する成形品が得られることになる。
【００１７】
なお、コンピューターシミュレーションが予測するせん断速度には、しばしば誤差が生じるので、その場合にはデータベースを補正する必要がある。
例えば、Ｌ／ｔバーフローテストピースを用い、コンピューターシミュレーションにより樹脂の射出圧力と流動距離との関係を予測し、関数式を誘導する。これとは別に、実測により樹脂の射出圧力と流動距離との関係を調査する。同じ射出圧力において、仮にコンピューターシミュレーションのほうが実測よりも樹脂の流動距離が常に大きかった場合、予測されるせん断速度は実際よりも高い値になる。したがってこの場合は、ゲートまでの距離を考慮しながら、せん断速度を予測される値よりも低く補正する必要がある。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
（実施例１）
コンピューターシミュレーションにより予測されたせん断速度と得られた成形品の表面固有抵抗値との間に、著しい相関関係が存在することを示す実験を行った。
幅４０ｍｍ×長さ２００ｍｍ、肉厚２ｍｍまたは５ｍｍの成形品が得られるような金型を作製し、この金型内における導電性樹脂のせん断速度の分布をコンピューターシミュレーションにより予測した。このときの射出成形条件は、射出速度１０〜１００ｍｍ／秒（１０ｍｍ／秒ごと）、射出圧力１８００ｋｇ／ｃｍ２、保持圧力７００ｋｇ／ｃｍ２、射出・保圧時間６秒、冷却時間２５秒、金型温度５０℃、樹脂温度２３０℃、２５０℃、ゲート種類はフィルム、ゲート寸法１ｍｍ、ゲート数１個であった。
およそ１０２〜１０４（１／ｓ）の範囲の予測されたせん断速度の成形品の各ポイントにおいて、導電性塗料を幅１ｃｍ×長さ５ｍｍの形状で塗布し、２点間１０ｍｍの表面固有抵抗値を測定した。
得られた結果を図１に示す。図１において、四角形のプロットは肉厚５ｍｍの成形品であり、星形のプロットは肉厚２ｍｍの成形品である。
なお、使用した導電性樹脂は、理研ビニル工業社製、導電ＰＰ樹脂、商品名ＥＳＰ９９３５Ｒである［組成はポリプロピレン（ＰＮ６７０、トクソー社製）５０重量部、無機充填剤（マイカ、クラレ社製）４０重量部、カーボンブラック（ケッチェンブラックＥＣ、ライオン社製）１０重量部である］。
図１から明らかなように、コンピューターシミュレーションにより予測されたせん断速度と得られた成形品の表面固有抵抗値との間に、著しい相関関係が存在することが分かる。
【００１９】
（実施例２）
図２に示すような形状の成形品を射出成形により製造した。成形品は、幅４０ｍｍ×長さ２００ｍｍ、肉厚２ｍｍの短冊状である。射出成形条件は、射出速度１０ｍｍ／秒、射出圧力１８００ｋｇ／ｃｍ２、保持圧力８００ｋｇ／ｃｍ２、射出・保圧時間６秒、冷却時間２５秒、金型温度１２０℃、樹脂温度３３０℃、ゲート種類はフィルム、ゲート寸法１ｍｍおよび２ｍｍ、ゲート数１個とした。
次に導電性塗料を、幅１ｃｍ×長さ５ｍｍの形状で図２のように塗布し、２点間１０ｍｍの表面固有抵抗値を測定した。測定箇所は、ゲートから２０ｍｍ、１００ｍｍ、１８０ｍｍの３箇所とした。
【００２０】
上記の実験を、射出条件、すなわち射出速度１０〜１００ｍｍ／秒（１０ｍｍ／秒ごと）、樹脂温度３１０、３３０、３５０℃、ゲート寸法０．５、１．０、２．０ｍｍにそれぞれ変更して複数回繰り返した。
得られた結果を図３に示す。図３によれば、コンピューターシミュレーションにより予測されたせん断速度（横軸）と、測定された表面固有抵抗値（縦軸）との間にはバラツキが見られたので（○印のプロット）、次のようにして補正を行った。
【００２１】
図４に示すようなＬ／ｔバーフローテストピースを用い、コンピューターシミュレーションにより樹脂の射出圧力と流動距離との関係を予測し、関数式を誘導した。これとは別に、実測により樹脂の射出圧力と流動距離との関係を調査した。調査結果を図５に示す。図５によれば、同じ射出圧力において、常にコンピューターシミュレーションのほうが実測よりも樹脂の流動距離が大きかったことが分かる。なお、この実験に使用した導電性樹脂は、理研ビニル工業社製、導電ＰＰＥ樹脂、商品名ＥＳＣ９８５６Ｎである［組成は、ＰＰＥ（ザイロンＸ９１０１、旭化成工業社製）９０重量部およびカーボンブラック（ケッチェンブラックＥＣ、ライオン社製）１０重量部である］。
【００２２】
図３において、各プロットは、次のような関数式で表される３つの領域、すなわちＡＢＣの３点により形成される三角形内に分布している。
【００２３】
【数１】
Ｙ＝ａＸｂ；
Ｙ＝ｃ；および
Ｘ＝ｄ
（式中、Ｙは表面固有抵抗値、Ｘは予測されたせん断速度、ａ、ｂ、ｃおよびｄは定数である）
【００２４】
そして上記のように、同じ射出圧力において、常にコンピューターシミュレーションのほうが実測よりも樹脂の流動距離が大きかったので、直線ＡＢが導電性樹脂の予測されたせん断速度と成形品の表面固有抵抗値との関係を示す関数式となる。
図３の場合、ａ＝０．０１、ｂ＝２、ｃ＝１００、ｄ＝１００００が算出される。
【００２５】
さらに具体的に言えば、図３において、例えば予測されたせん断速度が１００００（１／ｓ）の場合、表面固有抵抗値は、１Ｅ＋２〜１Ｅ＋７Ω／ｓｑ．の５乗の範囲で分布が広がっている。しかしながら、上記のように図３および図４の結果から、予測されたせん断速度と成形品の表面固有抵抗値との関係を示す関数式は、直線ＡＢであることが決定され得るので、前記５乗の範囲の分布は、直線ＡＢに収束するように補正することができる。
【００２６】
簡略的には例えば、せん断速度の値が低い測定箇所、例えばゲートから０以上２０ｍｍ未満の場所は、予測されたせん断速度の値を修正する必要はなく、直線ＡＢが用いられる。これは、図５によれば流動距離が短ければ予測されるせん断速度と実際のそれとの間に誤差が少ないと判断されるからである。
また測定箇所がゲートから２０以上１００ｍｍ未満の間にある時は、予測されたせん断速度の値を１桁小さくし、さらにゲートから１００ｍｍ以上離れているときは、予測されたせん断速度の値を２桁小さくして直線ＡＢの関数で表面固有抵抗値の決定を行う。ただし、せん断速度の桁数を下げて関数ＡＢと交差した場合は、その位置で決定を行う。
【００２７】
本発明において、予測されたせん断速度と表面固有抵抗値の領域の関数は、前記の３関数で限定されないことは言うまでもない。
【００２８】
（実施例３）
図６に示されるＩＣトレー金型に、本発明の方法を適用した。
まず比較実験として、ＩＣトレーの金型内における導電性樹脂（理研ビニル工業製、導電性ＰＰＥ樹脂、商品名ＥＳＣ９８５６Ｎ）のせん断速度を考慮せずに射出成形を行った。得られたＩＣトレーのＡ、ＢおよびＣの場所の表面固有抵抗値は、それぞれＡが１０６−７Ω／ｓｑ．、Ｂが１０３−４Ω／ｓｑ．、Ｃが１０６−７Ω／ｓｑ．であり、バラツキが認められた。
そこで、上記実施例２の手法を用い、予測されたせん断速度と表面固有抵抗値との間の関数式を誘導し、このＩＣトレー金型内のＡ、ＢおよびＣの場所のせん断速度がほぼ同じになるようにゲートの数および位置を図６に示されるように変更した。その結果、ＩＣトレーのＡ、ＢおよびＣの場所の表面固有抵抗値は、１０５Ω／ｓｑ．付近でほぼ一定の値になった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、射出成形品の表面固有抵抗値を、成形品形状にとらわれずにあらかじめ把握することで、的確に射出成形条件を設定することができ、しかも導電性樹脂の配合設計や金型製作等に係るコストを大幅に減少することのできる導電性樹脂成形品の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１において、予測されたせん断速度と得られた成形品の表面固有抵抗値との間に著しい相関関係が存在することを示す図である。
【図２】実施例２で製造した成形品を説明するための図である。
【図３】実施例２において、予測されたせん断速度と得られた成形品の表面固有抵抗値との関係を示す図である。
【図４】実施例２で使用したＬ／ｔバーフローテストピースを説明するための図である。
【図５】実施例２において、実測した導電性樹脂の流動性とＣＡＥにより求めた流動性とを比較するための図である。
【図６】実施例３で製造したＩＣトレー金型の略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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