(57)【要約】      （修正有）【課題】樹脂の立体成型品表面に導体トラックを形成する安価なプロセスの提供。【解決手段】発泡プラスチックの表面に設置した導体を機械的あるいは電磁エネルギーを用いて選択的に除去することにより導体トラックとする。本プロセスにより、該表面上に集積した導体トラックをもったプラスチックから成形品を低コストで製造することができる。本プロセスの製品は、たとえば電気産業及びエレクトロニクス産業で使用することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック成形品の表面に導体トラックを適用するためのプロセスであって、
a)出発物質として、少なくとも一つのプラスチック表面をもつ成形品を使用する、ここで前記成形品は中実外部スキンと気泡質コアとをもつ構造用フォームを含み、且つ導電性粒子を含み、その量は前記コアが電気絶縁され、且つ外部スキンが導電性であるような量である；及び
b)選択的に除去するプロセスによって、導体トラックを取り付けないプラスチック表面部分を除去して、前記プラスチック表面の処理済領域に電気的に非導電性区分の所定のパターンを形成し、表面上の未処理領域に導体トラックを製造する、各段階を含む、前記プロセス。
【請求項２】
前記選択的除去プロセスが、機械的除去プロセス、研磨-ブラスティングプロセス、電気機械的除去プロセス、または表面によって吸収された電磁放射による表面処理からなる群から選択される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記電磁放射が、X-線、赤外線、可視光またはUV照射からなる群から選択される、請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記電磁放射がレーザ照射である、請求項３に記載のプロセス。
【請求項５】
使用した前記成形品が、中実外部スキンと気泡質コアをもつ構造用フォームを含み、その中実の外部スキンは50〜1000μmの厚さであり、その気泡質コアは200〜10000μmの厚さである、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
使用した前記成形品が中実外部スキンと気泡質コアとをもつ構造用フォームを含み、その気泡質コアは１〜20μmの範囲のサイズのセルを持つ微孔質フォームである、請求項１に記載のプロセス。
【請求項７】
前記コアが107オーム・センチを超える体積抵抗率をもち、外部スキンが106オーム・センチ未満の体積抵抗率をもつ、請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
前記導電性粒子が、導電性ブラック、グラファイト粉末、金属コーティンググラファイト粉末、炭素繊維、金属繊維、金属コーティング炭素繊維、金属粉末またはこれらの成分の一つ以上の組合せからなる群から選択される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】
前記プラスチックが、液晶ポリエステル、ポリブチレンテレフタレート、ホモ-及びコ-ポリアセタール、並びにポリフェニレンスルフィド及びこれらの一種以上の組合せからなる群から選択される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１０】
請求項１に記載のプロセスによって得られる少なくとも一つのプラスチック表面をもつ成形品であって、前記成形品が中実外部スキンと気泡質コアとをもつ構造用フォームを含み、且つ導電性粒子を含み、前記導電性粒子の量は、前記コアが電気絶縁性であり、且つ外部スキンが導電性であるような量であり、ここで前記外部スキンの所定の部分は導体トラックパターンの形状で存在し、プラスチック表面の外部スキンの他の部分は、プラスチック表面の電気的に非導電性部分の所定のパターンが展開されるように除去されている、該成形品。
【請求項１１】
導体トラックがその表面の所定の部分に展開された部品を製造するための導電性粒子を含む構造用フォームの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、選択的に除去するプロセスにより、プラスチックの表面に導体トラックを施すプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積導電層またはトラックを備えたプラスチックから製造した成形品は、たとえば電気産業及びエレクトロニクス産業では公知である。
電気アセンブリを保持し、自動車産業または家庭用機器などで使用される部品に電気を供給するためには、今日まで複雑なケーブルハーネスが使用されることが多かった。
【０００３】
別の方法では、ホットスタンピングによってプラスチック表面に導体トラックを取り付けている。このプロセスでは、通常18〜150μmの厚さの、金またはニッケルなどで構成された金属ホイルを、加熱ブロックを使用してプラスチック表面にスタンプする。
【０００４】
別のプロセスでは、部分的金属化によって導体トラックを敷設するような方法で、多段階プロセスで配置される金属化可能なプラスチックの使用を含む。
集積された導体トラックをもつプラスチックから成形品を製造するために今日まで公知のプロセスはコストが非常に高くつき、複雑な装置が必要であったため、代替法を見つける試みがなされている。
【０００５】
導電性粒子を添加することによって、プラスチックを導電性にできることは公知である。導電性の程度は、充填材の性質、並びにそのサイズ、形状、分布及び量によって影響されることがある。
【０００６】
使用した粒子の量におけるプラスチックの導電性の依存度は、浸透曲線(percolation curve)として公知の形を取ることも公知である。従って、プラスチックは低い充填材量では電気絶縁体として挙動する。所定量の充填材から出発すると、成形品内に導電材料のブリッジが形成するため、導電性は急激に上昇する。
【０００７】
フォームコア(foamed core)と、中実外部スキンとをもつプラスチックフォームの製造も同様に公知である。この種のフォームは、一体型フォーム(integral foam)または構造用フォーム(structural foam)と称される(Rompp、Lexikon Chemie、Stichwort ”Schaumkunststoffe” [Rompp、Chemical Encylopedia、キーワード”plastics foams”]、3952頁、G.Thieme Verlag、Stuttgart、New York、1997を参照されたい)。これらのフォームは、その構造体内に密度などの特性の非常に非均一な分散を特徴とする(J.L.Throne in Journal of Cellular Plastics、７月/８月、1972年、208〜210頁及びEncylopedia of Polymer Science and Engineering, 15巻、”Structural Foams”、771〜773頁、John Wiley ＆ Sons、1985年を参照されたい)。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術から出発して、本発明は、プラスチックの表面に導電性トラックを施し、且つ簡単な方法で費用効果的に実施し得るプロセスを提供する。
本発明は、電気絶縁性のコアをもつ構造用フォームの導電性表面の領域に非導電性部分を作り、導体トラックを形成できるように管理された方法で該表面を変性できるという知見に基づく。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、プラスチック成形品の表面に導体トラックを適用するためのプロセスであって、
a)出発物質として、少なくとも一つのプラスチック表面をもつ成形品を使用する、ここで前記成形品は中実外部スキン(solid outer skin)と気泡質コア(cellular core)とをもつ構造用フォームを含み、且つ導電性粒子を含み、その量は前記コアが電気絶縁され、且つ外部スキンが導電性であるような量である；及び
b)選択的に除去するプロセスによって、導体トラックを取り付けないプラスチック表面部分を除去して、前記プラスチック表面の処理済領域に電気的に非導電性区分の所定のパターンを形成し、表面上の未処理領域に導体トラックを製造する、各段階を含む、前記プロセスを提供する。
【００１０】
本発明のプロセスに関しては、成形品の表面の所定の部分を除去する任意の所望の選択的除去プロセス、たとえば機械的、化学的または熱的プロセスを使用することができ、その下に電気的に非導電性フォームが暴露される。選択的除去プロセスの例としては、機械加工、平削り、スタンピングまたはブラスティングプロセス、たとえばウォータージェットプロセスまたはサンドブラスティングプロセス、電気機械的除去プロセス、たとえば放電加工、または特に表面によって吸収される電磁放射での表面処理が挙げられる。
【００１１】
電磁放射の例としては、X線、好ましくは赤外線、可視光線またはUV放射がある。
レーザー照射は高エネルギー密度をもつことができるので、レーザー照射が特に好ましい。レーザーの例としては、エキシマレーザー、YAGレーザーまたはCO2レーザーがある。
【００１２】
本明細書の目的に関して、「電気絶縁性」なる用語は、106オーム・センチを超える体積抵抗率及び／または107オームを超える表面抵抗率に適用する。
本明細書の目的に関して、「導電性」なる用語は、106オーム・センチより小さい体積抵抗率及び／または107オームより小さい表面抵抗率に適用する。
【００１３】
本発明に従って使用する構造用フォームは、中実外部スキンと気泡質コアとを含み、このいずれもが導電性粒子を含む。ここで導電性粒子の量は、コアが電気絶縁性であり、且つ外部スキンが導電性であるように選択すべきである。コアと外部スキンとの間のプラスチックをベースとした導電性粒子の量には、通常全くまたは殆ど実質的な差はない。成形品のこの二つの部分の導電性の違いは、主にコアの孔構造と外部スキンの凝集構造とに由来する。
【００１４】
中実外部スキンは通常、50〜1000μm、好ましくは100〜400μmの厚さであり、気泡質コアは200〜10000μm、好ましくは1000〜4000μmの厚さである。
中実外部スキンと気泡質コアとをもつ本発明で使用する構造用フォームは、任意の所望の方法で製造することができる。たとえば、化学発泡により、則ち発泡剤が分解してガスが発生し、これがプラスチックを発泡させる、または物理的発泡により、則ち高圧下で発泡剤として不活性ガスをプラスチック溶融物に注入して発泡させることにより製造することができる。
【００１５】
構造用フォームは、構造用フォーム成形プロセスにより製造するのが好ましい。
本発明で使用する構造用フォームの気泡質コアは任意の所望のタイプ、サイズ及びセル数であってよい。たとえば、このフォームはオープンセル(＝相互に連結したセル)またはクローズドセル(＝セルの間に相互連結はない)であってもよい。混合セルタイプのフォーム、則ちオープンセルとクローズドセルとをもつフォームも無論使用することができる。
【００１６】
本発明で使用する構造用フォームの外部スキンに存在するセル数は、気泡質コア中に存在するセル数よりも際だって少ない。セルの分量は、外部スキンの導電性が所望の用途に適合するように、特定のオーダーの大きさを超えてはならない。
【００１７】
本発明で使用する構造用フォームのセルサイズは、0.1〜500μmの範囲を変動することができる。
気泡質コアでは、フォーム１cm3当たりのセル数は、105〜1012個の範囲を変動し得る。これらは典型的な値であり、それぞれの場合で値はこれらを上下してもよい。
【００１８】
本発明で使用する構造用フォームの気泡質コアの(B.E.T法で測定した)典型的な内部表面積は、0.1〜400m2/gを変動する。
その気泡質コアが微孔質フォームである構造用フォームを使用するのが好ましい。これらは、そのサイズが１〜20μm、好ましくは１〜10μmの範囲のセルを持つフォームである。これらは孔がないか、または殆ど孔がない周辺領域をもつクローズドセル微孔質フォームであるのが好ましい。
【００１９】
本発明で使用する導電性粒子は、任意の所望の材料から選択することができる。これらの例としては、金属または金属合金、カーボンブラック、グラファイト、及び／または導電性プラスチックがある。優れた導電性を持つ金属を使用するのが好ましい。
【００２０】
使用する粒子は、広範囲の形状及び材料の組合せを含むことができる。たとえば使用する材料は、粉末または繊維の形状を取り、ここで粒子は導電性材料でコーティングしたものであってもよい。
【００２１】
その使用が好ましい粒子の例としては、導電性ブラック、グラファイト粉末、金属コーティンググラファイト粉末、たとえばニッケルコーティンググラファイト粉末、炭素繊維、金属繊維、たとえばステンレススチール繊維、金属コーティング炭素繊維及び金属粉末がある。
【００２２】
好適な粒子の種類及び量の選択は、導電性だけでなく、他の特性、たとえば収縮挙動(等方性または異方性)、強度、破断点伸び、弾性率、磁気特性及び電磁放射に関するスクリーニングにも好ましい影響を与える。
【００２３】
本発明のプロセスは、プラスチック表面に広範囲な形状の導体トラックパターンを製造することができる。選択的に除去した領域の表面に絶縁領域を形成し、除去していない領域に導体トラックパターンを形成する。
【００２４】
本発明は、記載のプロセスによって得られる成形品も提供する。
従って、成形品が中実外部スキンと気泡質コアとをもつ構造用フォームを含み、且つ導電性粒子を含む、少なくとも一つのプラスチック表面をもつ成形品であって、前記導電性粒子の量は、コアが電気絶縁性であり、且つ外部スキンが導電性であるような量あり、ここで外部スキンの所定の部分は導体トラックパターンの形状で存在し、プラスチック表面の外部スキンの他の部分は、プラスチック表面の電気的に非導電性部分の所定の領域が展開されるような方法で除去されている。
【００２５】
たとえば、導電性構造体を持つ成形品は、電気産業及びエレクトロニクス産業で使用する部品であってもよく、特定の領域に導電性素子をもつ任意の形状の任意の大小のプラスチック部品であってもよい。
【００２６】
本発明により加工した成形品は、他の材料との複合材料の成分であってもよく、及び／または表面上に部品を含んでもよい。
導体構造体または部品をもつ導体構造体をプラスチック成形品表面に適用したので、本発明のプロセスを使用することにより、複雑なケーブルハーネスや、プラグコネクタとの接続を省略することができる。本発明のプロセスは、導体トラックのホットスタンピングや、金属化手段による導体トラックの製造に関する高価な装置コストなどの高いコストを削減できる。
【００２７】
導体トラックを装備すべき成形品は、任意の所望のプラスチックから製造することができる。
基本的には、発泡可能な任意のプラスチックを本発明のプロセスで使用することができる。
【００２８】
実施した表面処理プロセスが電磁放射を用いる処理である場合、発泡プラスチックは、表面を構築するために十分な電磁放射の吸着を示さなければならない。添加剤を添加するとよいこともある。
【００２９】
プラスチックの例としては、ポリスチレン及びスチレンコポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリエステル、たとえば液晶ポリエステル(LCP)またはポリブチレンテレフタレート(PBT)またはホモ若しくはコポリアセタール(POM)、ポリフェニレスルフィド、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリイソシアヌレート、ポリカルボジイミド、ポリメタクリルイミド、ポリアミド、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンブロックコポリマー(ABS)、フェノール樹脂及び尿素樹脂が挙げられる。
【００３０】
液晶ポリエステル、ポリブチレンテレフタレート、ホモ及びコポリアセタール、またはポリフェニレンスルフィドの使用が好ましい。
これらのプラスチックは、表面の構造形成に必要な特性プロフィールに顕著に悪影響を与えない限り、慣用の助剤、添加剤、充填材及び強化剤も含むことができる。
【００３１】
均質または非均質プラスチック混合物も使用することができる。表面の構造形成に電磁放射を使用する場合、放射の波長及び強度は使用するプラスチックの性質に合うものでなければならない。必要な放射時間及び達成可能な処理速度は、これらの因子に特に依存する。導電性粒子を配合してもそれ自体が適当に放射を吸収しない場合、透明プラスチック及び少量の吸着成分をもつプラスチックは、たとえばカーボンブラック、充填材、または顔料等の添加剤を含むことができ、これら添加剤は適当に放射を吸収する。
【００３２】
透明プラスチックの例としては、エチレン−ノルボルネンコポリマー、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート及び他のアクリレートベースのプラスチックがある。
使用し得る放射源は、電磁放射に関して本質的に慣用の放射源である。これらの例としては、レーザー、たとえば二酸化炭素レーザー、YAG(イットリウム−アルミニウム−ガーネット)レーザーまたはエキシマレーザーがある。
【００３３】
本発明のプロセスは業界の多くの部門で使用することができる。たとえば、インストルメント・クラスタ、ドアロック、または機械制御などの装置を製造するための自動車業界、電気通信装置、コンピューター、またはハイファイ装置の製造に関する、プリント配線回路板を製造するためのエレクトロニクス業界が挙げられる。
【００３４】
本発明は、表面の所定の位置に導体トラックを形成した、部品を製造するための導電性粒子を含む構造用フォームの使用も提供する。
【外国語明細書】
2004228574000001.pdf