(57)【要約】【課題】本発明の目的は、表面接触抵抗を低下させる効果の著しい導電性成形品の製造方法を提供することである。【解決手段】本発明は導電性成形材料の成形品の抵抗を低減することを目的とするものである。本発明の導電性成形品の製造方法は、樹脂と導電性基材とを含有する導電性成形材料の成形品の表面を、炭素材で研磨する工程を有することを特徴とするものである。好ましくは、前記炭素材による研磨は、前記成形品の表面にあるスキン層を研磨除去した後に行うものである。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂と導電性基材とを含有する導電性成形材料の成形品の表面を、炭素材で研磨する工程を有することを特徴とする導電性成形品の製造方法。
【請求項２】
前記炭素材による研磨は、前記成形品の表面にあるスキン層を研磨除去した後に行うものである請求項１に記載の導電性成形品の製造方法。
【請求項３】
前記炭素材は、モース硬度５以下の黒鉛を含有するものである請求項１又は２に記載の導電性成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性成形品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂成形品の導電化処理は、帯電防止から、成形品を通しての通電まで、目的に応じて、様々な用途において展開されている。このうち、導電性成形材料の成形品を電極或いは通電体として取り扱う場合は、その成形品全体の導電性が重要な為に、固有の体積抵抗率を下げたり、表面の接触抵抗を下げたりする工夫がなされてきた。即ち、導電性成形材料の配合においては、高導電性原料の適正な選択を行ったり、導電性粒子の配合比率を高くしたり、粒子形状や粒径分布を検討したりするなどの、原料や組成の改良が検討されてきた。また、導電性成形材料の成形品は、表面スキン層にブリードする離型剤や可塑剤の影響で表面抵抗が大きくなるために、表面スキン層を除去する事が行われており、従来の方法としては研磨装置やブラスト装置などを用いて所定厚み分の表面層を研磨によって除去する方法で必要な仕上げと導電性を確保していた。
【０００３】
例えば、固体高分子型燃料電池に用いられる樹脂モールドセパレーターは、黒鉛などの導電性基材をエポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂と配合した導電性成形材料を用いて成形されるものであるが、成形品としては、優れた導電性や、高いガス遮蔽性が要求されるものである。従来、このセパレーターの製造においては、特開平１１−２０４１２０号公報に記載のように、導電性の樹脂配合物を金型によって成形した後、上記の砥石やブラストなどを用いて、およそ１０μｍ厚さ分の表面スキン層を除去し、必要な導電性を確保していた。
【０００４】
このような導電性成形材料の成形品における電気抵抗は、先述したように表面接触抵抗と、成形体内部の体積固有抵抗とに分離できるが、このうち表面接触抵抗は、成形品表面における導電性基材の分布と、成形品表面の平滑さや平坦性に強く影響される。即ち、成形品表面に導電性の粒子がいかに多く露出し、しかもその露出した平面がいかに平坦になっているかに影響を受ける。
一般的な珪酸粒子やアルミナなどの鉱物粒子より構成される研磨剤を用いた研磨は、鉱物粒子の硬度が高いので、成形体表面全体の凸凹を解消し、平坦化する事に効果があるものの、露出していた導電性粒子を成形体表面より掘り起こして脱落させたり、切断したりする事で接点喪失を生じ、表面接触抵抗の低下に充分に効果しているものではなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、表面接触抵抗を低下させる効果の著しい導電性成形品の製造方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記の本発明（１）〜（３）により達成される。
（１）樹脂と導電性基材とを含有する導電性成形材料の成形品の表面を、炭素材で研磨する工程を有することを特徴とする導電性成形品の製造方法。
（２）前記炭素材による研磨は、前記成形品の表面にあるスキン層を研磨除去した後に行うものである上記（１）に記載の導電性成形品の製造方法。
（３）前記炭素材は、モース硬度５以下の黒鉛を含有するものである上記（１）又は（２）に記載の導電性成形品の製造方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の導電性成形品の製造方法（以下、単に「製造方法」ということがある）について説明する。本発明の製造方法は、樹脂と導電性基材とを含有する導電性成形材料の成形品（以下、単に「成形品」ということがある）の表面を、炭素材で研磨する工程を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の製造方法においては、成形品を炭素材で研磨する。これにより、成形品表面を過剰に研磨することなく、被研磨面の平滑化、平坦化を行うことができる。
また、炭素材による研磨の際には、研磨部材である炭素材から微細な炭素材粒子を生じる。これは研磨材として機能し上記の効果を与えるだけでなく、研磨により生じた被研磨面の微細な欠点孔に対しても、これを充填し被研磨面の平滑性を維持する役割を併せ持つ。
さらに、このような欠点孔は成形品中の導電性基材粒子が脱落することにより生じる場合が多い。通常はこの欠点孔の増大により成形品表面に露出した導電性基材粒子が減少するので、成形品表面における電気的接点数が減少し導電性の低下を招くが、この欠点孔を同じように導電性を有する微細な炭素材粒子で充填することにより、接点数の減少を実質的に抑えることができ、導電性を維持することができる。
このような作用により、成形品表面の平滑性を向上するとともに、表面に露出した電気的接点数を維持することにより、表面接触抵抗を小さくすることが可能になる。
【０００９】
また、本発明の製造方法においては特に限定されないが、上記炭素材による成形品表面の研磨は、成形品の表面にあるスキン層を研磨除去した後に行ってもよい。このように、スキン層の除去と炭素材による研磨とを別々に行い、各々の工程において最も適した材料を用いることにより、導電性成形品の製造をより効率的に行うことができる。
【００１０】
ここで、スキン層を除去する方法としては特に限定されないが、例えば、炭素材を用いて研磨する方法、又は、炭素材以外のもの、例えば、鉱物系の微粒子、熱硬化性樹脂硬化物の微粒子、あるいは、これらを加工した研磨具などを用いて研磨する方法などが挙げられる。
これらの中でも、炭素材あるいは熱硬化性樹脂硬化物の微粒子を用いて研磨する方法が好ましい。スキン層の除去に鉱物系の微粒子を用いると、稀に含有されるアルミニウムが導電性基材の炭素と直接反応し、カーバイト化して発火する事故を起こすことがある。したがって、スキン層の除去の際に炭素材あるいは熱硬化性樹脂硬化物の微粒子を用いると、このようなトラブルを防ぐことができる。
このような方法でスキン層を除去する場合は特に限定されないが、研磨による除去をできるだけスキン層のみに留めるほか、露出した成形品表面のミクロな平滑性を低下させないように行うことが好ましい。
【００１１】
本発明の製造方法において用いられる炭素材としては特に限定されないが、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛、グラッシーカーボン、炭素繊維、カーボンブラックなどが挙げられる。これらの中でも、天然や人造の黒鉛はグラファイト構造が成長しており、導電性に優れたものである。天然に算出する鉱物としての黒鉛には天然黒鉛と称される鱗片状の黒鉛と土壌黒鉛があるが、このうち天然黒鉛が特に導電性に優れている。人造黒鉛については、石炭系コークス経由のものとオイル系コークス経由のものがあるが、いずれの場合も、Ｘ線解析による格子定数精密法で求めるｃ軸（００２）層面間距離（ｄ００１）が０．３３５〜０．４６０ｎｍの範囲にあって、真比重が２．０４〜２．３４にあることが好ましい。
【００１２】
これらの炭素材は、炭素材を用いる工程や、被研磨物である成形品の組成などにより適宜選択して用いることができるが、例えば、成形品表面のスキン層の除去を前工程で行った後、炭素材により表面の平滑化を行う場合には、炭素材として導電性に優れているとともに、成形品表面の微細孔を充填できる柔らかさを有するものを用いることが好ましい。このような炭素材としては特に限定されないが、モース硬度５以下の黒鉛もしくはこれを含有するものが好ましく、具体的には鱗片状または針状の天然黒鉛が挙げられる。
【００１３】
成形品の表面研磨のために用いられる炭素材の形態としては特に限定されないが、例えば、板状の固形研磨材として用いることもできるし、ブラスト研磨材のように吹き付け研磨の際の砥粒として用いることもできる。板状の固形の黒鉛を用いる場合は、これを回転または往復する摺動装置に固定し、成形品の接点面または電極面をこれに押し付けることにより研磨を行うことができる。
【００１４】
導電性成形品の抵抗率測定については、ＪＩＳ　Ｋ　７１９４で四探針法による測定方法が定められているが、この方法では、体積抵抗成分と表面抵抗成分との分離ができない。ＪＩＳ　Ｋ　６９１１は一般的な固体の固有抵抗と表面抵抗を分離する方法について記載しているが、導電性粒子を配合した導電性成形品は、成形品内での導電性粒子の配向により、導電性に異方性が生じることもあり、この場合も測定の為に通電する方向と、実際に使用する場合の通電方向の差違を考慮する必要がある。
【００１５】
図１は、ＪＩＳ　Ｋ　６９１１による抵抗率の測定方法を示した図である。図１において、（ａ）は体積抵抗率、（ｂ）は表面抵抗率の測定方法である。ここで１ａと１ｂは表面電極、２は裏面電極、３は測定試料、４はガード電極である。
（ａ）体積抵抗率の測定では、検出の為の内側の表面電極１ｂより外側を通過した電流は外側のガード電極４を伝ってグランドに流れる為に、表面電極１ｂの面積内で測定試料を貫通して流れた電流により抵抗率を測定する。一方、（ｂ）表面抵抗率の測定においては、試料の厚み方向に回りこんだ電流はガード電極４によりグランドに流れる為に、純粋に試料表面に沿った方向に流れる電流に対する抵抗率を測定することになる。
【００１６】
導電性成形材料の成形品が通電の目的で使用される場合は、実際に成形体を貫通する電流方向での表面抵抗成分と、ＪＩＳ　Ｋ　６９１１で測定された表面抵抗とは、方向が異なっている。したがって、成形体を貫通する方向での表面抵抗成分を測定する為には、次に述べるような方法が必要となる。
【００１７】
図２と図３は、本発明の製造方法による効果を確認するための装置及び解析方法である。
図２は、導電性成形品の貫通方向の固有抵抗を測定する方法である。図２において、５は電極、６はカーボンペーパー、７は測定用試料、８は定電流装置、９は電圧計である。ここで、測定用試料７として、１辺が５０ｍｍで、厚さが２ｍｍ、５ｍｍ、８ｍｍの３種類の導電性成形品を用い、これらの抵抗を測定する。
【００１８】
図３は解析の方法を示したものである。
図２の方法で測定された抵抗値を、図３に示したように測定試料の厚さに対してプロット（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）すると、導電性成形品の厚さに依存する体積抵抗成分が算出できる。このようにして求めた体積固有抵抗成分を抵抗全体より差し引くことにより、実際に成形体を貫通する方向での抵抗の表面抵抗成分を求めることが出来る。図３では、プロットした点の近似直線のＹ軸切片が表面抵抗成分に該当する部分である。
【００１９】
貫通方向の表面抵抗と、体積抵抗とが、全体の抵抗に対して占める影響の違いは、その成形体の形状のＬ／Ａによって異なる。ここにおいて，Ｌ＝電流の貫通する方向に沿った長さ、Ａ＝電流の貫通する方向に垂直な断面の面積、である。例えば、電線の様に電流が流れる方向に対して、面の大きさが無視できる様な形状（Ｌ＞＞Ａ）であれば、全体の抵抗はその長さに基づく体積抵抗で支配的に決定される。一方、燃料電池セパレーターの様に、電流の流れる方向の長さ（厚さ）に対して、垂直な面の面積が大きい形状（Ｌ＜＜Ａ）である場合は、全体の抵抗は体積抵抗だけでなく、表面抵抗にも大きく影響を受ける。従って、このような形状の成形体の導電性を高くする場合は、体積抵抗を小さくするだけでなく、表面抵抗を小さくすることが重要なのである。
【００２０】
本発明の製造方法に用いられる導電性成形材料としては特に限定されないが、例えば、固体高分子型燃料電池セパレーター用の導電性成形材料としては、７０〜９０重量％の黒鉛粉末等からなる導電性基材を、エポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、流動性付与剤及び離型剤などの添加剤と配合の上、混練した後造粒又は粉砕することにより製造する。そして、このように製造された導電性成形材料の成形方法としても特に限定されず、一般的な成形材料と同様に、例えば１５０〜２００℃の成形金型により圧縮成形、トランスファー成形、射出成形などの方法で成形される。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明する。
【００２２】
１．成形材料の製造
フェノール樹脂（住友ベークライト株式会社製・レゾール型フェノール樹脂「ＰＲ−１１０７８」）１８重量部、黒鉛粉末（日本黒鉛株式会社製・ＰＡＧ−５）８０重量部、離型剤（カルナバワックス）１重量部とを予備混合した後、９５℃の加熱ロールで２分間混練し、これを冷却後に粉砕して導電性成形材料を得た。
【００２３】
２．導電性成形材料の成形
上記成形材料を、金型温度１７５℃、成形圧力４００ｋｇ／ｃｍ２、成形時間３分間で圧縮成形して、５０×５０ｍｍの大きさで、厚さが各々２ｍｍ、５ｍｍ、８ｍｍの３種類の成形品を得た。
【００２４】
３．導電性成形品の製造
＜実施例１＞
人造黒鉛粉末（小林商事製・「ＡＧＰ−６０Ｓ」、モース硬度６）４０部と、天然黒鉛粉末（日本黒鉛株式会社製・「ＣＢ−１００」、モース硬度４）４０部とを、Ｃ重油と混練して捏和物とし、半径１２０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤上に成形した。この成形円盤を１２００℃で２時間焼成し、天然黒鉛、人造黒鉛と不定形炭素からなる研磨用円盤を作成した。
卓上型回転研磨機（Ｓｔｒｕｅｒｒｓ社製・Ｌａｂｏｐｏｌ−５）に、上記の研磨用円盤を取り付け、上記３種類の厚さの成形品をそれぞれ、１２０ｒｐｍ、面圧１．２ｋＰａで２０秒間表面研磨し、導電性成形品を得た。
【００２５】
＜実施例２＞
半導体ウェーハー研磨用ＣＭＰ装置（ＭＡＴ社製・ＡＲＷ−６８１Ｍ）に、炭素繊維シート（ＣＯＮＯＣＯ社製・「ＭＩＬＬＥＤ　ＣＦ２００」）を貼り付け、上記３種類の成形品をそれぞれ、実施例１と同様の条件で研磨し、導電性成形品を得た。
【００２６】
＜実施例３＞
サンドブラスト装置（不二製作所製・ニューマブラスター）を用い、スキン層除去の研磨メディアとして樹脂系研磨剤（不二製作所製・ポリプラス６０−８０＃）を使用し、上記３種類の成形品をそれぞれ、圧力０．４ＭＰａで３０秒間研磨した。ついで、天然黒鉛粉末（日本黒鉛社製・「ＳＰ−１０」、モース硬度５）を使用し、圧力０．４ＭＰａで３０秒間研磨し、導電性成形品を得た。
【００２７】
＜比較例１＞
卓上型回転研磨機（Ｓｔｒｕｅｒｒｓ社製・Ｌａｂｏｐｏｌ−５）に、研磨用サンドペーパー（１２００番）を取り付け、上記３種類の成形品をそれぞれ、実施例１と同様の条件で研磨し、導電性成形品を得た。
【００２８】
＜比較例２＞
半導体ウェーハー研磨用ＣＭＰ装置（ＭＡＴ社製・ＡＲＷ−６８１Ｍ）に、シリコンウェーハー研磨パッド（ロデールニッタ株式会社製・ＩＲ−３０００）を貼り付け、上記３種類の成形品をそれぞれ、実施例１と同様の条件で研磨し、導電性成形品を得た。
【００２９】
＜比較例３＞
サンドブラスト装置（不二製作所製・ニューマブラスター）を用い、研磨メディアとして樹脂系研磨剤（不二製作所製・ポリプラス６０−８０＃）を使用し、上記３種類の成形品をそれぞれ、圧力０．４ＭＰａで３０秒間研磨し、導電性成形品を得た。
【００３０】
４．評価
（１）電気抵抗
（１−１）貫通方向の固有抵抗の測定
実施例及び比較例で得られた各々３種類の導電性成形品を試料７とし、図２に示した方法で行った。
（１−２）表面抵抗と固有抵抗の分離
上記の方法で測定した３種類の導電性成形品の貫通方向の固有抵抗を、図３に示した方法でプロットし、体積抵抗成分と、表面抵抗成分を分離した。又、比較データとしてＪＩＳ　Ｋ　６９１１により表面抵抗値も測定した。
（２）表面粗さ
実施例及び比較例で得られた各々３種類の導電性成形品の表面を、表面粗さ計（キーエンス社製）を用いて測定し、３種類の平均値を算出した。
【００３１】
評価の結果を表１に示す。
【表１】
2004091548.tif 000002
【００３２】
実施例はいずれも、導電性成形材料の成形品を、炭素材を用いて研磨した本発明の製造方法による導電性成形品であり、貫通方向の表面抵抗を低下させることにより導電性を高めることができた。一方、比較例は炭素材以外のもので成形品を研磨したが、貫通方向の表面抵抗が高くなった。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、樹脂と導電性基材とを含有する導電性成形材料の成形品の表面を、炭素材で研磨する工程を有することを特徴とする導電性成形品の製造方法であり、成形品の貫通方向の表面抵抗を低下させ、成形品表面の接触抵抗を低下させることができるので、導電性に優れた導電性成形品の製造に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＪＩＳ　Ｋ　６９１１による抵抗率の測定方法
【図２】導電性成形品の貫通方向の固有抵抗を測定する方法
【図３】表面抵抗と固有抵抗の分離方法
【符号の説明】
１ａ、１ｂ　表面電極
２　裏面電極
３　試料
４　ガード電極
５　電極
６　カーボンペーパー
７　測定試料
８　定電流装置
９　電圧計
１０ａ　２ｍｍ厚の試料の貫通固有抵抗
１０ｂ　５ｍｍ厚の試料の貫通固有抵抗
１０ｃ　８ｍｍ厚の試料の貫通固有抵抗
【図１】
2004091548.tif 000003
【図２】
2004091548.tif 000004
【図３】
2004091548.tif 000005