(57)【要約】【課題】帯電防止性が高く、かつ耐久性に優れた被膜を提供する。【解決手段】軟化温度（Ｔｓ）が１６０〜４１０℃である耐熱性樹脂バインダーと、このバインダーに対してカーボンブラック及び／又はカーボンナノファイバーを帯電防止剤として含む帯電防止用組成物を基材、例えばピンセット等の把持具の把持部に塗布し、２００〜４５０℃の温度において熱処理することにより被膜を形成する。この被膜は、好ましくは１０３〜１０１０Ω／□の表面抵抗値を有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟化温度（Ｔｓ）が１６０〜４１０℃である耐熱性樹脂バインダーと、このバインダーに対してカーボンブラック及び／又はカーボンナノファイバーを帯電防止剤として含む、帯電防止用組成物。
【請求項２】
請求項１記載の帯電防止用組成物を基材に塗布し、２００〜４５０℃の温度において熱処理することにより形成してなる、帯電防止被膜。
【請求項３】
請求項２記載の帯電防止被膜を把持部に有する部品把持具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯電防止用組成物、帯電防止被膜、及びこの帯電防止被膜を設けたピンセット等の部品把持具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、小さな物体、温度的に制御された物体、又は取扱物の汚染危惧や扱う人間の安全性の観点から直接手で触れることができない物質を取り扱うためピンセットが用いられてきた。中でも特に、小さな電子部品を把持する場合にはピンセットは欠かせない道具となっている。
【０００３】
このようなピンセットは、バネ性を得るために、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０、チタン等の金属材料で形成され、機能、使用環境等にあったものが用いられている。しかしながら、このような金属材料製のピンセットは、導電性が高いため、電子部品を扱う場合に、電子部品又は人体の帯電によりピンセット先端での静電気放電が起こり、電子部品を破壊してしまうという問題がある。
【０００４】
このような問題を解決するため、ピンセットの先端部に、チタニア系セラミックスや炭化珪素セラミックスを取り付けることによって体積固有抵抗を１０２〜１０６Ω・ｃｍに制御すること、あるいは炭化珪素をＣＶＤ法によりコーティングすることが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
実公平５−２３０３号公報（第１〜２頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、セラミックスの先端部は材質上砕けやすく、使用者の力のかけ具合や他の物体への衝突等によって割れやすいという問題がある。また、この割れやすい先端部位は交換可能な構造となっている場合もあるが、この交換の際にネジ止めや挟み込み等により固定するときに、無用な力によって先端部位を破壊してしまうという問題もある。さらには、静電気等の放電による電子部品の破壊問題は、ピンセット側の体積抵抗や表面抵抗を一定にして解決できるものではないことも問題である。このため、把持するデバイスに適した抵抗値を有するピンセットを準備する必要があり、セラミックを設けることではこの抵抗値を制御することは困難である。
【０００７】
一方、ＣＶＤ法によるコーティングは、セラミックスの砕けやすいという欠点を克服できる方法ではあるが、ＣＶＤ法によるコーティングは実用レベルのコーティング膜厚を得るためにはコスト高となる問題がある。また、ピンセットにフッ素樹脂をコーティングしたり、それに導電性を付与したピンセットも存在するが、これらは把持しようとする対象物へ傷をつけないことが主たる目的であり、絶縁物で帯電したり、導電性が付与されていてもその導電性が高すぎるため、ピンセットに静電気は蓄積されないが、静電気が蓄積された電子デバイスに接触した際に、その電子デバイスからピンセットへの突入電流によって電子デバイスが破壊されてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような問題を解消し、特にＩＣチップ等の電子部品を把持するための把持具に帯電性を付与するための帯電防止用組成物及び帯電防止被膜、並びにこの帯電防止被膜を設けたピンセット等の部品把持具を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明によれば、軟化温度（Ｔｓ）が１６０〜４１０℃である耐熱性樹脂バインダーと、このバインダーに対してカーボンブラック及び／又はカーボンナノファイバーを帯電防止剤として含む、帯電防止用組成物が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、上記の帯電防止用組成物を基材に塗布し、２００〜４５０℃の温度において熱処理することにより形成してなる帯電防止被膜が提供される。
【００１１】
さらに、本発明によれば、上記帯電防止被膜を把持部に有する部品把持具が提供される。
【００１２】
ピンセット等の把持具の少なくとも把持部に、耐熱性樹脂バインダーと帯電防止剤としてのカーボンブラック及び／又はカーボンナノファイバーを含む本発明の帯電防止用組成物を被覆することにより、室温付近において１０３〜１０１０Ω／□の所望の表面抵抗値を達成することができる。また、この被覆膜は２００℃以上の高温において熱処理することにより形成するため、帯電防止剤として被膜中に分散させたカーボンブラック及び／又はカーボンナノチューブのネットワークが再形成され、低温乾燥では得られない導電性を実現することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の帯電防止用組成物は、軟化温度（Ｔｓ）が１６０〜４１０℃である耐熱性樹脂バインダーと、このバインダーに対してカーボンブラック及び／又はカーボンナノファイバーを帯電防止剤として含むことを特徴とする。
【００１４】
軟化温度（Ｔｓ）が１６０〜４１０℃である耐熱性樹脂バインダーとしては、ポリテトラフルオロエチレンやテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体のようなフッ素化合物樹脂、ポリイミド、又はこれらの２種以上の混合物が例示される。
【００１５】
帯電防止剤として使用するカーボンブラックとしては、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ガスブラック、アセチレンブラック、アークブラック等の各種のカーボンブラックを用いることができる。このカーボンブラックは、平均粒径２０〜６０ｎｍであり、高導電性、良分散性の物性を有するものが好ましく、市販品としては、例えば、東海カーボン（株）製のトーカブラック＃３８５５、＃５５００、＃４５００、＃４４００、＃４３００等を使用することができる。
【００１６】
本明細書において「カーボンナノファイバー」とは、中空環状のファイバー、いわゆるカーボンナノチューブ、中実のファイバー、及び層状のファイバー、いわゆるグラファイトナノファイバーを意味する。また、カーボンフィラメントやカーボンフィブリルとよばれているものもカーボンファイバーに包含される。
【００１７】
本発明において帯電防止剤として使用するカーボンナノファイバーは、直径８０〜２００ｎｍ、アスペクト比１００〜５００であるものが好ましい。その市販品としては、昭和電工（株）製のＶＧＣＦを使用することができる。
【００１８】
このカーボンブラック又はカーボンナノファイバーは、帯電防止剤として単独で用いてもよく、又は組み合わせて用いてもよい。単独で用いる場合、バインダーに対して、カーボンブラックの添加量は、好ましくは２０〜７０体積％、より好ましくは４０〜６０体積％であり、カーボンナノファイバーの添加量は、好ましくは１〜１５体積％、より好ましくは２〜８体積％である。カーボンブラックとカーボンナノファイバーを組み合わせて用いる場合、これらの添加量は、好ましくはバインダーに対してカーボンブラック２０〜７０体積％、このカーボンブラックに対してカーボンナノファーバー０．１〜３０ｗｔ％、より好ましくはカーボンブラック３０〜６０体積％、これにカーボンナノファイバー０．５〜１５ｗｔ％である。
【００１９】
本発明の帯電防止用組成物は、上記のバインダー及びカーボンブラック及び／又はカーボンナノファイバーを混合することにより得られる。本発明の帯電防止用組成物は、バインダー及びカーボンブラック及び／又はカーボンナノファイバーに加え、必要に応じて他の成分、例えば着色剤、分散剤、安定化剤、酸化防止材、難燃剤、滑剤、充填剤、増粘剤等を添加してもよい。
【００２０】
また、本発明は、上記の帯電防止用組成物から形成してなる帯電防止被膜を提供する。この帯電防止被膜は、まず、上記帯電防止用組成物を溶媒、例えばｎ−メチルピロリドンに溶解もしくは分散させる。この際、カーボンブラック等を分散させるための分散剤、基材の濡れ性向上のための界面活性剤、気泡形成を抑制するための消泡剤等を添加してもよい。
【００２１】
次いで、上記帯電防止用組成物の溶液もしくは分散液を所望の基材の表面に通常の塗布方法、例えばスプレー法、バーコート法、ドクターブレード法、ディッピング法等によって塗布し、加熱して溶媒を除去し、被膜を形成する。塗布量は特に限定されないが、帯電防止性、硬度等の十分な特性を得るために、好ましくは、固形分として５０〜１０００ｇ／ｍ２、被膜厚として２００μｍ以下、より好ましくは１０〜５０μｍとすることが好ましい。加熱温度は、溶媒を除去するためであれば通常５０℃以上とすればよいが、本発明においては２００〜４５０℃において３０分加熱する。このような高温において加熱することにより、分散させたカーボンブラック及び／又はカーボンナノファイバーのネットワークが被膜中で形成され、低温乾燥では得られない高い帯電防止性を達成することができ、好ましくは室温付近において１０３〜１０１０Ω／□、より好ましくは１０６〜１０８Ω／□の表面抵抗値を達成することができる。なお、本明細書において、この表面抵抗値は、三菱油化（株）（現三菱化学（株））のＭＣＰ−ＨＴ２６０により測定した値である。
【００２２】
この帯電防止被膜を形成する基材としては、特に制限はなく、帯電防止性が望まれる物品であればよいが、好ましくは電子部品を把持するために用いられるピンセット等の把持具の把持部である。図１は、本発明の帯電防止被膜を形成したピンセット１を示す斜視図である。このピンセット１はＳＵＳ、チタン等の金属製のピンセットの内側面２に上記被膜をスプレー法等により１０〜１００μｍの厚さで形成している。この被膜はピンセット１の内側面２の全面に形成してもよいが、少なくとも部品を把持する把持部である先端部３に形成することが必須である。このような被膜を形成することにより、１０３〜１０１０Ω／□、より好ましくは１０６〜１０８Ω／□の表面抵抗値を達成することができ、ピンセット先端での静電気放電による電子部品の破壊を防ぐことができる。さらに、この被膜は、内部に分散したカーボンブラック及び／又はカ−ボンナノファイバーの機械的強度とそのネットワークにより著しく高い強度を示し、また１００μｍ程度の先の細いピンセット先端にも完全に被膜を形成することができ、かつその脱離がし難い。
【００２３】
本発明において、樹脂バインダーとして軟化温度が１６０〜４１０℃であるものを用いるのは、所望の導電性を低いフィラー混入量で達成するためには、高温処理で生ずるダイナミックパーコレーション現象を利用することが必要であり、このための耐熱性を樹脂バインダーが有することが必要であるからである。このダイナミックパーコレーション現象とは、通常の複合材料では、樹脂バインダーに導電性フィラーを混入し、ある混合量（パーコレーション閾値）において突然導電路が形成されて導電性が急に上がるが、このパーコレーション閾値よりも低い混合量においても樹脂バインダーがダイナミックに動くような高い温度（例えば軟化温度よりも１００℃高い温度）に加熱することによって導電性が高くなる現象をいう。従って、軟化温度が低いと、樹脂バインダーは被膜形成の際の高い熱処理温度に耐えることができず、溶融脱離や熱劣化をおこしてしまい、使用することができない。一方、軟化温度があまりに高い樹脂は、溶液や分散液を調製することが困難となり、現存する高分子材料の特性を鑑みると４１０℃を上限とするのが妥当である。
【００２４】
この軟化温度が１６０〜４１０℃である樹脂バインダーは、測定可能であれば、１５０〜４００℃のガラス転移温度を有するものであってもよい。なお、この軟化温度及びガラス転移温度はそれぞれ（株）理学の熱機械特性（ＴＭＡ）示差走査熱量測定（ＤＳＣ）にて測定される。ここで軟化点とガラス転移温度は得られたプロファイルのオンセット温度をもって決定した。
【００２５】
【実施例】
実施例１
ポリテトラフルオロエチレン（軟化温度３２７℃）の分散液（固形分３０ｗｔ％）１００質量部に、一次粒径が２５ｎｍであるカーボンブラック（東海カーボン社製トーカブラック＃５５００）３０質量部及び平均直径が１５０ｎｍでアスペクト比が１００以上のカーボンナノファイバー（昭和電工社製ＶＧＣＦ）３質量部をよく混合し、被膜形成用分散液を調製した。一方、基材であるＳＵＳ３０４製のピンセットの本体表面を＃２００の処理材でブラスト処理した。ブラスト処理後、上記分散液をスプレー法により乾燥膜厚が平均で約３０μｍになるようにコーティングした。その後、初期乾燥を１００℃で１０分行い、アニール処理を３００℃で３０分行い、被膜を形成したピンセットを得た。
【００２６】
実施例２
実施例１において、カーボンブラックを用いず、カーボンナノファイバーのみを、テトラフルオロエチレンの分散液（水中、固形分３０ｗｔ％）１００質量部に対して５質量部混合することを除き、同様にして被膜を形成したピンセットを得た。
【００２７】
比較例１
塩化ビニル（軟化温度１２０℃）のバインダーにニッケル粒子（平均粒径１００ｎｍ）を６０ｗｔ％混合して調製した導電性コーティングを、ディップ法により上記のようにブラスト処理したピンセットの本体に乾燥膜厚が平均で約１００μｍになるようにコーティングした。その後、７０℃で３０分乾燥を行い、被膜を形成したピンセットを得た。
【００２８】
比較例２
実施例１において、乾燥温度を１００℃とし、１時間加熱乾燥することを除き、同様にして被膜を形成したピンセットを得た。
【００２９】
性能評価
上記の実施例及び比較例、並びに被膜を設けていない市販のセラミック製ピンセットについて、以下の試験を行った。
１．導電性測定
被膜表面を４端子法により室温（２０℃）において測定し、その表面抵抗をもとめた。
２．表面硬度測定
被膜表面硬度（Ｈｖ）を鉛筆硬度法（ＪＩＳ  Ｋ５４００）にて評価した。
３．耐溶剤性試験
蒸留水、メチルアルコール、イソプロピルアルコール、メチルエチルケトン、テトラヒドロフランに１２時間浸漬した後、鉛筆硬度を測定して評価した。
４．耐衝撃試験
ピンセットを５ｍｍ厚のステンレス板上に１０ｃｍの高さから自由落下させたときのピンセットの割れを観察した。
【００３０】
上記の結果を以下の表に示す。
【表１】
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【００３１】
バインダーとしてテトラフルオロエチレンのような耐熱性樹脂をバインダーとして含む本発明の組成物では、塩化ビニルのような他のバインダーを含む組成物より形成することが困難であった、特にピンセットの角や先端部分を完全に被覆することができた。また、本発明の耐熱性樹脂バインダーにカーボンナノファイバー等を分散させた組成物より形成した被膜では、成膜時の内部応力が非常に小さいばかりでなく、カーボンナノファイバー等のネットワーク効果により、ピンセットの角や先端部分を特に良好に被覆することができた。さらに、本発明の被膜形成において、高い熱処理温度がその膜の導電性を桁違いに高めることができた。比較例２では室温での表面抵抗値が１０１０Ωオーダーであるのに対し、同じ組成物で作成した実施例１では表面抵抗値は１０６Ωオーダーであり、著しい導電性の向上が実現されている。これは、被膜中に分散されたカーボンナノファイバー等のダイナミックパーコレーション効果によるものであると考えられる。
【００３２】
なお、ピンセット先端における被膜の脱離の有無は以下の方法によって容易に識別することができる。
すなわち、図２ａに示すように、被膜を設けたピンセット１の先端部３に、アルコールや塩水等の導電性溶液を染み込ませた綿４をはさみ、こことピンセット１の被膜を形成していない部位、すなわち金属露出部との間に回路を形成する。これは、図２ｂに示すような等価回路に相当する。先端部３の被膜の脱離がない場合、その抵抗Ｒ１は１０６以上であり、もう一方の抵抗Ｒ２は１０−１程度であるため、Ｒ１＞＞Ｒ２である。ところが、先端部３の被膜が脱離すると、Ｒ１はＲ２とほぼ等しくなる。図２ｂの等価回路においてＩ＝Ｖ／（Ｒ１＋Ｒ２）であるため、被膜の脱離によってＩが大きく変化し、容易にその脱離を判定することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の組成物を用いることにより、帯電防止性が高く、かつ硬度、耐衝撃性、及び耐溶剤性に優れた被膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の被膜を設けたピンセットの斜視図である。
【図２】被膜の脱離を簡易に識別する方法を示す図である。
【符号の説明】
１…ピンセット
２…本体
３…把持部
４…導電性溶液含浸綿
【図１】
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【図２】
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