JPH03262199A - 低表面抵抗の電磁波シールド用成形材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、電子機器より発生する電磁ノイズの放散を防
止するための各種電子機器用筐体用に適したシールド材
料に関する。

〈従来の技術〉 デジタル機器（電子機器）より発生する電磁ノイズ（放
射ノイズ）が他の機器の誤動作を誘発する等の様々な電
磁波障害が社会的問題となりつつあり、このような問題
を解決しようとする試みの従来技術としては、金属製あ
るいは炭素繊維等の長繊維状導電フィラーを混入した導
電性プラスチックがあり、金属ではステンレス鋼、銅、
真鍮その他が主に用いられている。

これらは素材自体の導電性と熱可塑性樹脂および複合化
した時の特性等の様々な観点より検討され、選ばれるこ
とになる。　その理由は各々の素材が基本的にもつ導電
性と複合化時のそれとで大きく変化し、これは形状、充
填率、加工方法などに起因するためであり、したがって
トータル的な物性、コスト等のバランスが重要となるか
らである。

例えば、導電率の高い銅、アルミニウム等の比較的柔ら
かい金属、あるいは炭素繊維等は複合化時にせん所作用
で長繊維が破壊するため、シールド材としての性能が基
本特性である高導電率に反して低下する場合があり、ま
た充填率を上げた場合は分散不良、成形時の流動性低下
、さらにコストアップにつながる等の問題がある。　ま
た、その他耐食性、湿熱環境、ヒートサイクルにおける
導電性の変化、変形、機械物性の低下等、素材自体の特
性と複合体での特性において様々な要因が考えられ、こ
れらのバランスをどの様にとるかが大きな課題となる。

船釣に検討される方向として、３〜１０ｍｍの長繊維を
極力少量添加にて実用レベルの性能を得、低比重、高流
動性且つ実物性のシールド材を得ようとする検討がなさ
れ、そのためには繊維間接触度の大きくなるできる限り
長い繊維を採用することが考えられる。

しかし、繊維が長過ぎると流動性の低下、分散不均一、
加工および成形時の繊維破壊、変形、コストアップ等の
デメリットが生ずる。

これらの悪影響を避けるため、繊維長および充填量を選
択する結果、導電性能が劣ると同時に特にシールド効果
に重要な要因となる表面抵抗が非常に高くなる問題があ
った。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は導電性プラスチック一体成形による電子機器類
筐体用に適した高いシールド特性を有する材料を開発す
ることを目的としており、そのための大きな要因である
低表面抵抗化を実現し、従来品の様な゛高い表面抵抗°
°（シールド性能で求められる値を対照として）に起因
してトータル的シールド特性が不足する問題を解決する
ものである。

く課題を解決するための手段〉 本発明者らは、熱可塑性樹脂と金属繊維の複合成形体（
導電性プラスチック）において、成形体の表面抵抗が低
い程、電磁波シールド効果を向上させることができるこ
とを知見した。

この知見に基づいて、本発明者らは成形体の表面抵抗を
低下せしめることのできる電磁波シールド材料の開発を
検討し、実施した。

ところで高い表面抵抗が電磁波シールド特性の良悪に問
題となる理由は次の通りである。

■　上下ハウジングの接合部にシールド効果を得るため
には、接合面で導通することは勿論、１０’Ωのオーダ
ー望ましくは１０°Ωのオーダー以下の表面抵抗でなけ
れば、電磁波の一部が洩れ、トータル的なシールド効果
が低下する。

■　電磁波シールド性は通常、体積固有抵抗の値で、概
ね判断されるが、本発明の測定評価時、試験片の面をサ
ンドペーパーにて研摩して金属繊維を表面に出す処置を
することにより再測定したところ（約１０〜１５ｄＢ（
３０〜１００１００Ｏ周波数帯）、シールド効果の向上
が見られた。　このことより表面抵抗が低い程、高いシ
ールド効果が得られることが実際に確認できた。

これは導体を流れる電流が導体の表面層を流れる傾向が
あることが知られるが、特に金属の場合において電磁波
シールド理論による表面での反射成分がシールド効果の
大部分であることに起因すると推定される。

ところで、表面抵抗を低下せしめるには、先ず、導電フ
ィラーが成形体表面に突出することが必要であるが、−
Ｍ的には例えば射出成形した場合、表面に数〜数十ミク
ロンの樹脂膜（絶縁膜）を生じ、導電フィラーは埋れた
状態になり易い。　このため表面抵抗は下がらない。

しかしまた、数ミクロン程度の絶縁膜を介する導体同士
の場合°゛トンネル効果゛で電子の移動が起り、電流が
流れる場合があることも一般に公知の事実として実証さ
れており、その意味では表面層へ突出されているか、若
しくは数ミクロンの絶縁膜を介して表面に浮き出ている
ことが望ましいとの表現が適切と言える。

表面抵抗の低下は一定以上の導電フィラーの充填量を必
要とし、そのフィラー同士の接触が充分に行われること
が重要である。しかし、問題は実用性を考慮する場合、
充填量が多過ぎると、比重の増大、流動性の低下、機械
物性の低下、コストの増大等、欠点要素も増大すること
になる。　また、少な過ぎると表面抵抗はおろか、体積
固有抵抗も出ないこととなる。

本発明ではこれらのバランスを保ち、且つ目的の表面抵
抗を得るのに最適な微細繊維の充填量とそれらを接触さ
せる為の゛継ぎ役゛である長繊維状の導電フィラーの組
合わせにより、単に微細繊維の充填量を最大限にした場
合の表面抵抗より大幅に低下させることができることを
見い出した。

さらに、微細繊維と長繊維の混合体に酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ２）を混入させることにより、さらに表面抵抗を低下
させることができることも確認できた。　但し、酸化チ
タンが表面抵抗を低下せしめ、ひいては電磁シールド性
向上へ寄与することについては明確な理論は判らぬが、
実験における再現性は充分確かめられている。

すなわち、本発明は、直径１〜５０μｍ、長さ５０〜５
００ＬＬｍに調整したステンレス鋼微細状繊維を１０〜
５５ｗｔ％および直径１〜３０　（ｉ　ｍ　、長さ１〜
１２ｍｍに調整したステンレス鋼長繊維を０．５〜１０
ｗｔ％の比率で熱可塑性樹脂に配合してなる低表面抵抗
の電磁波シールド用成形材料を提供するものである。

この電磁波シールド用成形材料には、さらに酸化チタン
（ＴｉＯ２）を１〜１５ｗｔ％配合するのが好適である
。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明は、表面抵抗を低下せしめるのに必要最少限のス
テンレス鋼微細繊維を分散させ、その微細繊維同士の接
触をより完璧にするために少量の長繊維を添加し、良好
な電気特性を有する成形体を射出成形するための材料を
提供するものである。　表面抵抗を低下せしめる値とは
１０１Ω（９９Ω以下）レベルで、望ましくは１００Ω
（９，９Ω以下）である。

ステンレス鋼微細繊維（ステンレスマイクロファイバー
；略称ＳＭＦ）は直径１〜５０μｍ、長さ５０〜５００
μｍで、しかも平均値で直径１５μｍ、長さ３００μｍ
程度のものであり、より好ましくは直径５〜２０ＬＬｍ
、長さ１００〜３００μｍである。　直径および長さが
それより微細なものは性能上、有利と思われるが、極細
径となり、繊維破壊が起り易（なることと、繊維の製造
技術上の問題よりコストアップを招き、しいてはコスト
高の材料となる。　反面、直径および長さがそれより大
きい繊維では、単位体積当りの導電フィラー同士の潜在
的な接触比率が減少することになるので、全体的な導電
性が低下する方向となり、性能上好ましくない。

ただ、繊維の大小はアスペクト比（Ｌ／Ｄ）によっても
表現され、アスペクト比が非常に大きい場合は、繊維同
士の接触度合が増大すると思われるが、その時の繊維径
は非常に小さくなるゆえ、混線時の破壊を避は難くなり
、結果的に導電性は良（ならない。

本発明において、ＳＭＦと組み合わせるべきステンレス
鋼長繊維は所望の長繊維であればいかなる方法で製造し
たものでも良く、例えば弓抜法で作られる直線状の形状
のものが使用できる。　その直径は１〜３０μｍ、長さ
１〜１２ｍｍの範囲の中で任意のものを必要に応じて加
工すればよく、望ましくは、直径５〜２０μｍ１長さ３
〜１０ｍｍのものがよい。　その理由は１μｍ未満の径
では混線時のせん所作用で極めて破壊し易くなるためで
、また加工コストが細径になればなる程高くなる。　反
面、３０ＬＬｍを越えると充填率に対する繊維同士の接
触度合が減少し、°“継ぎ役゛°の効果が低下するため
好ましくない。

一方、長さが１ｍｍ未満の場合も同様にＳＭＦに対する
°“継ぎ役°°効果が極端に低下し、１２ｍｍを越える
場合、成形体での不均一分散、流動性への悪影響、繊維
破壊、配向による変形等の不良特性発生につながるので
好ましくない。

他方、ステンレス繊維の充填率については、微細繊維で
あるＳＭＦとステンレス鋼長繊維との最適な組合わせを
選定するものであり、その最適とは、表面抵抗を均−且
つ低抵抗に仕上げ、物性バランスを良好にすることと経
済性を考慮する配合系を意味し、その目標に近い配合組
成を種々検討した結果、本発明で提供する組合わせを選
定した。

その範囲はＳＭＦ　１０〜５５ｗｔ％とステンレス鋼長
繊維０．５〜１０ｗｔ％の場合であり、より好ましくは
５ＭＦ２Ｏ〜４５ｗｔ％、ステンレス鋼長繊維２〜５ｗ
ｔ％である。　まずＳＭＦについての理由は１０％未満
の場合は単位体積中の分散量が少な過ぎるため、ステン
レス鋼長繊維を本発明の最大率である１０ｗｔ％配合し
ても１０１Ωのオーダー以下の表面抵抗を得るのは困難
である。　またＳＭＦを５５ｗｔ％超配合した場合には
ステンレス鋼長繊維を本発明の最小率０．５ｗｔ％とし
ても比重の増大、流動性の低下、物性バランスのくずれ
等、実用上の欠陥を生ずるため、使用は上記範囲に限定
されることになる。　一方、ステンレス鋼長繊維の充填
率については、０．５ｗｔ％未満では、継ぎ役としての
効果に乏しく、１０ｗｔ％超では特にコスト高となる他
、Ｓ　Ｍ　Ｆ　５５　ｗ　ｔ％超の場合と同様なデメリ
ットを生ずる。

前述した電磁波シールド用成形材料は、ＳＭＦにステン
レス鋼長繊維の効果（継ぎ役としての補助的効果）を付
与することにより、低い表面抵抗を現わすことのできる
材料として見い出されたものである。　これにはさらに
酸化ヂタン（ＴｉＯ□）を配合することにより、さらに
表面抵抗を顕著に低下せしめ、ひいてはシール１ ２ ド効果を向上させることができる。　ＳＭＦに対する酸
化チタン配合系の材料については、特開平１−１６００
９２に記載している内容とほぼ同様であるが、詳細な理
論的効果は未だ解明されていない。　しかし、後の実施
例に示す如（、本発明はこの公報記載のものに比べて明
確な効果を現わすものであり、ＳＭＦ、ステンレス鋼長
繊維、およびＴ　ｉ　Ｏ２配合系においても、前述と同
様の結果が得られる。

Ｔ　ｉ　Ｏ２はその結晶形よりアナターゼ型、ルチル型
があり、何れを用いても良いが、耐光性を考慮する場合
はルチル型を使用するのが望ましい。　Ｔ　ｉ　Ｏ２の
充填率は１〜１５ｗｔ％加えると効果があり、より好ま
しくは５〜１０ｗｔ％である。　この理由は１ｗｔ％未
満の場合は効果は殆んど期待できず、１５ｗｔ％を越え
ると全体的配合組成より考えて、物性低下並びに成形加
工性が低下するからである。

尚、本材料の様な場合、一般に加工機の差による性能変
化の要因が比較的大きく、重要なポイントとなるため、
本発明に際して、ニーダ−とエクストルーダーを組合わ
せたもの、二軸押出機、−軸押出機等について、また同
一の押出機でもスクリューデザインの異なるもの迄、種
々検討した結果、最も適した加工機は一軸型押出機でし
かも、スクリューデザインはフルフライト型スクリュー
タイプのものである。　その理由は均一分散する為の混
線中、せん所作用による繊維の破壊を最小限に抑えられ
ることが主要因と考えられる。　後に示す実施例のテス
トは全てこの加工機にて比較検討し、データの信頼性の
意味において、前提条件を一定にして実施した。

また、本発明で用いられる熱可塑性樹脂は一般的に用い
られるものであれば全て対象となり、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳを初めとする汎用
系のもの、ポリアミド、ポリカーボネート、変性ポリフ
ェニレンオキサイド等を初めとするエンプラ系樹脂等を
挙げることができる。

〈実施例〉 以下に本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

（実施例１） 表１に示す樹脂および導電性充填材としてのＳＭＦ長短
繊維の配合物を一軸型押出機にて混線、造粒後、射出成
形機にて１５０ｍｍ角、３ｍｍ厚の平板を成形した。　
この平板を常温にて２４時間放置後、側面（対向する厚
さ部分）に銀ペーストを塗布し、乾燥後、体積固有抵抗
（ＶＲ）および表面抵抗（ＳＲ）を測定した。

また、電磁波シールド効果（ＳＥ）もあわせて測定した
。　これらの結果も表１に示す。

なお、ＳＭＦ短繊維としては、長さ５０〜１０００μｍ
のものを主成分とし、１００〜３００Ｉｉｍのものを５
０％以上含み、繊維径１５〜２０μｍのものを用いた。

■体積固有抵抗および表面抵抗 日本ゴム協会標準規格「導電性ゴム及びプラスチックの
体積抵抗率試験方法２３０１−１９６９　Ｊに準拠して
実施し、特に表面抵抗については、先の日本ゴム協会標
準規格の一対の電極を転用し、サンプル表面へ銀ペース
トを塗布、乾燥後、電極間の抵抗値をデジタルマルチメ
ーター（岩崎通信工業社製５Ｃ−７４０１）で測定する
方法にて行なった。

■電磁波シールド性 電磁波シールド性の評価はスペクトラムアナライザー（
アトパンテスト社製ＴＲ４１７２）で電界におけるシー
ルド効果の測定を実施し、更に応用評価として、日本国
内のＶＣＣＩ　（情報処理装置等電波障害自主規制協議
会）に基づくオーブンサイト法にて放射ノイズのシール
ド効果を測定した。

〈発明の効果〉 以上の如く説明したように、本発明は微細繊維と長繊維
の特徴を最大限に活かし、さらに機能付与剤との相乗効
果で、実用上従来の導電性プラスデックでは実現できな
かった低い表面抵抗を有し、且つ、軽量でしかも電磁波
シールド効果の究めて高い材料を提供できる。

従って、本発明の電磁波シールド用成形材料は電子機器
等の不要電磁ノイズを発生する機器装置の筐体等に最も
適したものである。

　８

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）直径１〜５０μｍ、長さ５０〜５００μｍに調整
   したステンレス鋼微細状繊維を１０〜５５ｗｔ％および
   直径１〜３０μｍ、長さ１〜１２ｍｍに調整したステン
   レス鋼長繊維を０．５〜１０ｗｔ％の比率で熱可塑性樹
   脂に配合してなる低表面抵抗の電磁波シールド用成形材
   料。
2. （２）請求項１に記載の電磁波シールド用成形材料に、
   さらに酸化チタン（ＴｉＯ＿２）を１〜１５ｗｔ％配合
   してなる低表面抵抗の電磁波シールド用成形材料。