(57)【要約】【課題】  樹脂成形品において、カーボンナノ材料の添加量を抑えつつ導電性を高めることができる技術を提供することを課題とする。【解決手段】  射出速度を下げることで、電気抵抗値を下げ、導電性を高める。【効果】  射出速度を下げることで、電気抵抗値を下げることができれば、高価なカーボンナノ材料を節約することができ、樹脂成形品のコストを抑えることができる。同時に、カーボンナノ材料の添加割合樹脂を減らすことで、樹脂の成形性を高め、樹脂成形品の品質を高めることができる、又は品質低下を回避することができる。又は、樹脂成形品には、高い導電性は不要であって、表面に溜まる静電気を逃がすことができる程度の低い導電性があれば十分であるというものがある。この様な樹脂成形品は、射出速度を上げて、電気抵抗値を上げることで製造することができる。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノ材料を含有してなる樹脂成形品の製造方法であって、射出速度を制御することで所望の電気抵抗値を有する樹脂成形品を得ることを特徴とする樹脂成形品の製造方法。
【請求項２】
射出速度を除く射出条件、樹脂の種類、この樹脂に混合するカーボンナノ材料の種類及び樹脂とカーボンナノ材料との混合比を共通にし、射出速度を変えて各々射出成形する工程と、得られた複数の樹脂成形品の電気抵抗値を計測する工程と、計測した電気抵抗値と射出速度との相関関係を調べる工程と、得られた相関関係に基づき、以降に射出成形を行うときにその樹脂成形品に要求される電気抵抗値に対応する射出速度を導き出す工程と、この射出速度で射出成形を実行する射出成形工程とからなることを特徴とする樹脂成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、良導電材料であるカーボンナノ材料を樹脂に混合して製造する樹脂成形品の製造技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
樹脂にカーボン材料を混ぜることで導電性プラスチックを製造することができる。近年、普通のカーボン材料よりも格段に微細な材料であるカーボンナノ材料が開発され、実用化されつつある。
【０００３】
図９はカーボンナノファイバのモデル図であり、カーボンナノ材料の一種であるカーボンナノファイバ１１０は、六角網目状に配列した炭素原子のシートを筒状に巻いた形態のものであり、直径Ｄが１．０ｎｍ（ナノメートル）〜１５０ｎｍであり、ナノレベルであるため、カーボンナノファイバ、カーボンナノ材料又はカーボンナノチューブと呼ばれる。なお、長さＬは数μｍ〜１００μｍである。
【０００４】
炭素原子が立方格子状に並んだものがダイヤモンドであって、ダイヤモンドは極めて硬い物質である。カーボンナノファイバ１１０は、ダイヤモンドと同様に規則的な結晶構造を有するために機械的強度は大きい。また、炭素は電気をよく通すため、電極などに用いられる。
【０００５】
この様なカーボンナノ材料を用いて導電性樹脂成形品を製造することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−９７３７５公報（第９頁）
【０００６】
特許文献１の段落番号［００６６］の表に示されるとおり、実施例１はカーボンナノチューブが０．５ｗｔ％で、体積固有抵抗が０．２Ω・ｃｍ、実施例３はカーボンナノチューブが３ｗｔ％で、体積固有抵抗が０．０９Ω・ｃｍ、実施例６はカーボンナノチューブが１０ｗｔ％で、体積固有抵抗が０．０８Ω・ｃｍであった。この様にカーボンナノチューブの添加割合を増加することで、電気抵抗を下げ、導電性を高めることができる。
【０００７】
しかし、カーボンナノチューブは樹脂や普通の炭素繊維に比較して極めて高価な材料であって、樹脂成形品は高価になる。
また、導電性を高めることを目的としてカーボンナノチューブや炭素繊維の添加割合を増すことは、樹脂の粘性が高まり（固くなり）、成形性が低下し、成形不良の原因となり、好ましくない。
したがって、カーボンナノチューブを増加することで導電性を高める従来の技術には限度があり、これに代わる技術が求められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、樹脂成形品において、カーボンナノ材料の添加量を抑えつつ導電性を高めることができる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、カーボンナノ材料を含む樹脂成形品の研究を進める中で、次のような考えに至った。
導電性を付与するために添加するカーボンナノ材料は、樹脂に均一に分散することが望まれる。しかし、キャビティに溶融樹脂を充満させる過程で、溶融樹脂の流れの挙動が極めて複雑になり、カーボンナノ材料が均一に分散する保証はない。不均一であるほど、導電性は低下する可能性がある。そこで、樹脂成形品におけるカーボンナノ材料の分散性を検証することが重要である。
【００１０】
そこで、本発明者らは次の実験を行うことにした。
・材料：ナイロン８０質量％＋ナノカーボンファイバ２０質量％
・樹脂成形品の大きさ：６０ｍｍ×６０ｍｍ
・樹脂成形品の厚さ：２ｍｍ
・射出速度：１００ｍｍ／秒
【００１１】
図１は樹脂成形品の斜視図であり、樹脂成形品１０は、例えば、Ａが６０ｍｍ、Ｂが６０ｍｍ、Ｃが２ｍｍの正方形板である。
図２は電気抵抗値測定図であり、樹脂成形品１０を２枚のカーボン端子１１、１１で挟み、これらのカーボン端子１１、１１を介してインピーダンスアナライザで樹脂成形品１０の厚さ方向における交流の電気抵抗値を計測する。カーボン端子１１は１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさである。
【００１２】
図３は板厚中心の電気抵抗値測定図であり、樹脂成形品の上下面を等しくフライスで研削し、厚さｔの試験片１２を造り、この試験片１２の電気抵抗値を計測した。ｔは０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍの３種を造り、各々の電気抵抗値を計測した。
【００１３】
図４は厚さと電気抵抗値の関係を表したグラフであり、横軸は樹脂成形品又は試験片の厚さ、縦軸は電気抵抗値とした。横軸で２ｍｍは樹脂成形品１０のままであり、電気抵抗値は大きい。横軸で１．５ｍｍは片側０．２５ｍｍずつ研削した試験片１２であって、電気抵抗値は微小となった。横軸で１．０及び０．５ｍｍも電気抵抗値は微小であった。このグラフから、次のことが推定できる。
【００１４】
図５は樹脂成形品におけるカーボンナノ材料の分布模式図であり、樹脂成形品１０の厚さ中心は電気抵抗値が小さいため、（ｃ）に示すように線状のカーボンナノ材料１３が縦横に配列されていると推定できる。
一方、表皮１４が電気抵抗値を稼いでいることから、（ｂ）に示すようにカーボンナノ材料１３が横に配列されていると推定できる。横であれば、厚さ方向の電気抵抗値が大きくなるからである。
【００１５】
表皮１４、１４は金型に接触して形成されるが、この際、溶融樹脂が金型に沿って流れ、この流れに沿ってカーボンナノ材料１３が揃うと考えられ、且つ厚さ中央とは異なり表皮１４の部位では、カーボンナノ材料１３は姿勢が変わる前に急冷・凝固するために、（ｂ）のようになると思われる。この傾向は流速が大きいほど顕著になることが予想される。
【００１６】
そこで、本発明者らは射出速度に注目し、射出速度を変えて射出成形を行った。射出条件は次のとおりである。
・材料：ポリプロピレン８０質量％＋ナノカーボンファイバ２０質量％
・樹脂成形品の大きさ：６０ｍｍ×６０ｍｍ
・樹脂成形品の厚さ：２ｍｍ
・射出速度：超微速、１００ｍｍ／秒又は３００ｍｍ／秒
【００１７】
そして、インピーダンスアナライザで樹脂成形品の交流の電気抵抗値を測定し、その結果を次図に示す。
図６は、ある樹脂成形品での射出速度と電気抵抗値の相関図であり、横軸は射出速度、縦軸（対数目盛）は電気抵抗値を示す。電気抵抗値は射出速度に比例することが分かった。
【００１８】
次に、成形条件などを変更して射出成形を実施した。
・材料：ポリプロピレン８０質量％＋ナノカーボンファイバ２０質量％
・樹脂成形品の大きさ：６０ｍｍ×６０ｍｍ
・樹脂成形品の厚さ：０．５ｍｍ
・射出速度：１００ｍｍ／秒、３００ｍｍ／秒又は６００ｍｍ／秒
【００１９】
そして、インピーダンスアナライザで樹脂成形品の交流の電気抵抗値を測定し、その結果を次図に示す。
図７は別の樹脂成形品での射出速度と電気抵抗値の相関図であり、図６とは異なる相関グラフを描くことができた。
なお、相関図は一例を示したに過ぎず、数式、テーブルであってもよく、形態は任意である。
【００２０】
以上に述べたとおり要求される電気抵抗値が決まれば、それに対応する射出速度が決まるため、この原理を応用することで発明を完成さることができる。
すなわち、請求項１に係る発明は、カーボンナノ材料を含有してなる樹脂成形品の製造方法であって、射出速度を制御することで所望の電気抵抗値を有する樹脂成形品を得ることを特徴とする。
【００２１】
請求項２に係る発明では、射出速度を除く射出条件、樹脂の種類、この樹脂に混合するカーボンナノ材料の種類及び樹脂とカーボンナノ材料との混合比を共通にし、射出速度を変えて各々射出成形する工程と、得られた複数の樹脂成形品の電気抵抗値を計測する工程と、計測した電気抵抗値と射出速度との相関関係を調べる工程と、得られた相関関係に基づき、以降に射出成形を行うときにその樹脂成形品に要求される電気抵抗値に対応する射出速度を導き出す工程と、この射出速度で射出成形を実行する射出成形工程とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に係る発明では、射出速度を制御することで所望の電気抵抗値を有する射出樹脂成形品を製造することができる。
射出速度を下げることで、電気抵抗値を下げることができれば、高価なカーボンナノ材料を節約することができ、樹脂成形品のコストを抑えることができる。同時に、カーボンナノ材料の添加割合を減らすことで、樹脂の成形性を高め、樹脂成形品の品質を高めることができる。
【００２３】
又は、ある種の樹脂成形品には、高い導電性は不要であって、表面に溜まる静電気を逃がすことができる程度の低い導電性があれば十分であるというものがある。
この様な樹脂成形品は、射出速度を上げて、電気抵抗値を上げることで製造することができる。
【００２４】
この様に、請求項１によって、電気抵抗値を制御することができるので、得られる効果は甚大である。
【００２５】
請求項２に係る発明は、請求項１をより具体化した発明であって、射出速度を変えて各々射出成形する工程（第１工程）と、樹脂成形品の電気抵抗値を計測する工程（第２工程）と、計測した電気抵抗値と射出速度との相関関係を調べる工程（第３工程）と、得られた相関関係から射出速度を導き出す工程（第４工程）と、この射出速度で射出成形を実行する射出成形工程（第５工程）とからなることを特徴とする。
【００２６】
全５工程のうち、第１工程から第３工程までで、基礎となる相関関係を定める。そして、第４、第５工程で、樹脂成形品の生産を行う。すなわち、相関関係が定まれば、その後は成形品の生産に集中することができ、生産性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図８は本発明に係る導電性樹脂の製造フロー図であり、ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ０１：先ず、データベース（ここでは、相関図の集合体を指す。）中に生産する樹脂成形品に対応する相関図があるか否かを調べる。あるときにはＳＴ０６に進み、無いときには次に進む。
【００２８】
ＳＴ０２：相関図が無いので、データ取得のために射出成形を行う。このときに射出速度だけを変更し、他の射出条件（材料、樹脂成形品の大きさ、射出圧力、温度条件など）は変えない。
ＳＴ０３：得られた樹脂成形品の電気抵抗値を計測する。
ＳＴ０４：複数の電気抵抗値が得られたら、射出速度と電気抵抗値の相関図（図６，７参照）を作成する。
ＳＴ０５：作成した相関図をデータベースに加える。
【００２９】
ＳＴ０６：データベースから樹脂成形品に対応する相関図を選択する。
ＳＴ０７：選択した相関図に基づき、要求される電気抵抗値に対応する射出速度を決定する。
ＳＴ０８：そして、生産のための射出成形を行う。
【００３０】
ＳＴ０９：生産を継続する必要がなければ、フローを終了し、継続する必要があれば次に進む。
ＳＴ１０：樹脂成形品の種類など（材質、大きさ、形状、射出圧力、温度など）が変更されるか否かを調べる。条件を変える必要がなければ、ＳＴ０８に戻って射出工程を継続する。種類などの条件が変わる場合は、ＳＴ０１に戻る。
【００３１】
以上のフローを要約すれば次のとおりになる。
本発明は、射出速度を除く射出条件、樹脂の種類、この樹脂に混合するカーボンナノ材料の種類及び樹脂とカーボンナノ材料との混合比を共通にし、射出速度を変えて各々射出成形する工程（ＳＴ０２）と、得られた複数の樹脂成形品の電気抵抗値を計測する工程（ＳＴ０３）と、計測した電気抵抗値と射出速度との相関関係を調べる工程（ＳＴ０４）と、得られた相関関係に基づき、以降に射出成形を行うときにその樹脂成形品に要求される電気抵抗値に対応する射出速度を導き出す工程（ＳＴ０７）と、この射出速度で射出成形を実行する射出成形工程（ＳＴ０８）とからなることを特徴とする。
【００３２】
フローから明らかなように、データベースが充実すれば、ＳＴ０２〜ＳＴ０５を割愛した形態で製造が行えることは言うまでもない。
ＳＴ０２〜ＳＴ０５と他のステップとを同時期にシリーズに実施するか、時期を変えて行うかは任意である。すなわち、ＳＴ０２〜ＳＴ０５を先行して実施し、後に他のステップ（ＳＴ０６〜ＳＴ０９）を実施することは、本発明に含むものである。
【００３３】
なお、カーボンナノ材料は、カーボンナノファイバ、カーボンナノチューブ、カーボンナノフラーレンの何れであってもよく、材質が炭素で、ナノレベルのサイズを含む物であれば形態は任意である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、カーボンナノ材料を樹脂に混合して製造する導電性樹脂成形品の製造技術に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】樹脂成形品の斜視図である。
【図２】電気抵抗値測定図である。
【図３】板厚中心の電気抵抗値測定図である。
【図４】樹脂成形品における厚さと電気抵抗値の関係を表したグラフである。
【図５】カーボンナノ材料の分布模式図である。
【図６】ある樹脂成形品での射出速度と電気抵抗値の相関図である。
【図７】別の樹脂成形品での射出速度と電気抵抗値の相関図である。
【図８】本発明に係る導電性樹脂の製造フロー図である。
【図９】カーボンナノファイバのモデル図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…樹脂成形品、１２…試験片、１３…カーボンナノ材料、１１０…カーボンナノファイバ。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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