JPH06101246B2

JPH06101246B2 - 積層型導電体

Info

Publication number: JPH06101246B2
Application number: JP17084882A
Authority: JP
Inventors: 勝次中原; 和夫松浦; 桂典大島
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1982-10-01
Filing date: 1982-10-01
Publication date: 1994-12-12
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: JPS5963613A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は積層型導電体に関するものであり、特に高抵抗
領域で抵抗値の安定性がよく、バラツキの少ない面状導
電体に関するものである。

導電体としては各種金属が古くから広範に利用されてい
るが、近年科学技術の進歩に伴ない、面方向に特定の導
電性（電気抵抗）を有する導電体の需要が高まると共
に、要求特性も本来の導電性に加え種々の特性の具備を
要求されるようになつてきており、金属材料では不都合
の場合が少なくない。たとえば、ある種の抵抗素子、面
状発熱体、静電記録や電子写真などの導電基板は10〜10
⁹Ω／口の表面電気抵抗を要し、これらにはバルクな金
属材料以外の導電体が用いられている。これらの導電体
としては、（１）一般に絶縁性基板に導電性有機高分子を塗布し
たもの、（２）絶縁性基板に金属材料や導電性金属化合物を蒸
着、スパツタリング、イオンプレーテイングなどの方法
で薄膜形成したもの、（３）導電性粉体を有機高分子結着剤中に分散したも
の、などがある。しかしながら、これらのものは、次の
ようにそれぞれ欠点があり、要求に対応しきれていない
のが実状である。たとえば（１）のものは、有機高分子
が４級アンモニウムやスルホン酸ナトリウムなどの高分
子電解質であり、要するに吸湿によつて導電性を発現さ
せているために湿度変化によつて導電性が大幅に変化す
る欠点を有し、安定使用できない。（２）のものは、導
電層が本来強靭性がない上に高々１μという薄膜である
ために、耐摩耗性がなく、耐久性に乏しいなどの欠点が
あり、表面に露出するような形状では使用できない。
（３）のものは、相対的低抵抗を目的とすると導電粉を
多量に要するため強靭性、可撓性がなく、相対的高抵抗
を目的とすると導電粉の分散に著しく高精度な微調節を
必要とししかも均一な抵抗を有したものが得にくい。

このように、たとえば10〜10⁹Ω／口の表面抵抗を要す
る領域では、抵抗値が、環境条件的にも、経時的にも、
機械的にも、安定で、しかも抵抗値のバラツキの少ない
面状の導電体は未だ開発されていず、そのため装置やそ
の使用方法を工夫して実用しているのが実情である。

本発明の目的は従来知られた面状導電体の欠点を克服
し、抵抗値のバラツキが少なく、環境条件的にも、経時
的にも、機械的にも安定な面状導電体を提供することに
ある。

かかる本発明の目的は、実質的に金属および／または半
導体のみからなる面状導電性物質（Ａ）表面に、平均粒
子径が10μ以下で体積固有抵抗が10^-6〜10⁸Ω・cmの導
電粉末を絶縁性有機高分子中に0.05〜15wt％添加したも
のの層（Ｂ）を付設してなる積層体構成物により達成さ
れる。

本発明において、面状導電性物質（Ａ）が強度保持力を
有していればそれは単体で構成成分として用いることも
できるが、箔もしくは薄膜状物である場合等にあつて
は、必要に応じ、紙、プラスチツクシート、プラスチツ
クフイルム、ガラス、セラミツク、布などの絶縁性基板
（Ｃ）上に積層して用いることもできる。この場合該絶
縁性基板との積層は接着剤や粘着剤を用いて行なつても
よいし、それらを用いず該絶縁性基板表面にメツキ、真
空蒸着、化学蒸着、スパツタリング、イオンプレーテイ
ングなどの方法で薄膜形成したものであつてもよい。面
状導電性物質（Ａ）の材料は金属（合金を含む）および
半導体から選ばれる。たとえば、Al、Cu、Sn、Zn、Pd、
Ag、Au、Pt、Rh、Fe、Co、Cr、Ni、ステンレス、真ちゆ
う、パーマロイ、その他多くの金属や合金類やSi、Ｃ、
In₂O₃、SnO₂、CdO、CdS、In₂O₃-SnO₂などの半導体があ
り、これらは単独で用いてもよいし、２種類以上が積層
されたり、混合されたりしてもよい。これらの面状導電
性物質の表面抵抗としては10⁹Ω／口以下であることが
よい。表面抵抗が10⁹Ω／口を越えると本発明の目的で
ある10〜10⁹Ω／口の表面抵抗を有する構成物が得にく
く好ましくない。

本発明における該面状導電性物質（Ａ）の平均厚さは、
５Å〜5mmの範囲が好ましい。平均膜厚がこの範囲に達
しないと10⁹Ω／口以下の表面抵抗が得にくく、逆に5mm
を越えると面状導電体として実用しにくい面があり好ま
しくない。また形状としては、平面状ないし、円筒状で
あることが実用面、製造面から好ましい。なお上記平均
膜質において、特に100Å以下の場合は必ずしも連続膜
にならず島状構造を呈していることが多いが、これらに
ついての上記厚さは全体が均一な厚みの膜であると仮定
してあらわしたものでもある。このような島状構造を呈
する極薄膜を含めて、上記面状導電性物質（Ａ）の膜厚
が10μ以下であるような場合は上記絶縁性基板（Ｃ）や
さらに厚い導電性物質上に積層されたものであることが
強度面から望ましい。特に絶縁性基板上に金属および／
または半導体を５Å〜１μ薄膜形成したものは実用上好
ましく用いられる。

本発明において、面状導電性物質（Ａ）表面に付設する
層（Ｂ）を構成する必須成分である導電粉末は、体積固
有抵抗が10^-6〜10⁸Ω・cmである必要があり、特に好ま
しくは10^-4〜10⁵Ω・cmであることがよい。体積固有抵
抗が上記範囲を越えると本発明の目的である10〜10⁹Ω
／口の表面電気抵抗を有するものが得にくかつたり、ま
た導電粉末を多量に添加する必要が生じたりして好まし
くなく、逆に体積固有抵抗が上記範囲に達しないもので
は、得られるものの表面電気抵抗の均質性が悪く好まし
くない。本発明に有用な導電粉末としてはAl、Cu、Ag、
Ni-Crなどの合金を含む金属粉末、SnO₂、In₂O₃、ZnO、T
iOx（ｘ＝１〜２）などの金属化合物粉末やSiやＣなど
で代表される半導体粉末など多くものがあり、これらは
単独で用いられてもまた２種類以上が化合、混合などさ
れた状態で併用されていてもよい。これらの粉末は平均
粒子径が10μ以下である必要があり、長径でも10μ以
下、特に好ましくは５μ以下であることがよい。粒子径
が上記を越えると得られるものの表面電気抵抗の均質性
が悪くなり好ましくない。

本発明において、層（Ｂ）を構成する他方の必須成分で
ある絶縁性有機高分子としては、各種の周知の熱可塑性
樹脂、たとえばポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリ
アクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリ
塩化ビニリデン、ポリビニルアセタールやこれらの共重
合体、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、セル
ロース誘導体、シリコン樹脂、ポリエーテル、ポリエス
テルアミド、ポリエステルエーテル、ポリアミドイミ
ド、ケトン樹脂、アルキツド樹脂、などの熱可塑性樹
脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、不飽和ポリエステ
ル、ポリイミド、ポリアミド、さらに水酸基やカルボキ
シル基やアミノ基を含有するポリアクリル酸エステル共
重合体やポリメタクリル酸エステル共重合体などの熱可
塑性樹脂と硬化剤からなるもの、などの熱硬化性樹脂が
あり、これらは単独でも２種以上の共重合体やブレンド
物の形でも用いられる。勿論上記に限定されない。また
必要に応じて接着促進剤、可塑剤、安定剤、酸化防止
剤、紫外線吸収剤、増粘剤、消泡剤などの添加剤を配合
して使用してもよい。

上記層（Ｂ）の厚さは、目的により適宜選択されるが、
１μ〜100μ、さらに好ましくは２μ〜20μの範囲であ
る。

上記（Ｂ）は組成あるいは成分比率の異なる２種類以上
の層になつていてもよい。

上記層（Ｂ）を構成する導電粉末の割合は0.05〜15wt％
であることが必要であるが、特に好ましくは、0.1〜10w
t％であることがよい。導電粉末の割合が上記範囲に達
しないと本発明の目的に必要な導電性が発現せず好まし
くなく、逆に上記範囲を越えると上記（３）で述べたよ
うな可撓性の不足、表面平滑性の不足などの問があり好
ましくない。

本発明において、上記（Ａ）表面への（Ｂ）の積層方式
としては、上記導電粉末と上記有機高分子との混合物を
必要に応じて溶媒や分散媒などを用いて（Ａ）の表面に
刷毛塗り、浸漬塗り、ナイフ塗り、ロール塗り、スプレ
ー塗り、流し塗り、回転塗り（スピンナー、ホエラーな
ど）、押出し塗り（押出しラミネートを含む）、フアン
テン塗りなど通常に行なわれている方式が適宜用いられ
うる。また予め上記（Ｂ）のシートもしくはフイルムを
つくつておき、これを上記（Ａ）表面に積層してもよ
い。

かくして、特に高抵抗領域で抵抗値の安定性がよく、バ
ラツキの少ない面状導電体が得られるものであるが、本
発明の積層型導電体は、それを構成する各層単独の作用
効果からは予測し得ない作用効果を示す。即ち本発明の
積層型導電体の表面抵抗値は、層（Ａ）単独の表面抵抗
値よりも高く、層（Ｂ）単独の表面抵抗値よりも低く、
しかも抵抗値にバラツキが少ない。そのため、（Ｂ）中
への導電性粉末の添加量は、（Ｂ）単独で用いる場合
（上記（２）の場合）にくらべて、著しく低くて済み、
その結果、強靭性、可撓性がすぐれており、また導電粉
末の分散に高度な調節手段を採る必要もない。また一般
に積層状態の構成体の表面抵抗は、表面層の表面電気抵
抗が支配因子となる（たとえば導電体の表面層に絶縁体
を積載した場合はその絶縁体の（表面）電気抵抗が支配
因子となり、導電性は発現しない）にもかかわらず、導
電粉末を絶縁性有機高分子中に0.5wt％添加してたとえ
ば厚さ10μ程度のシートとした表面電気抵抗が10¹⁶Ω／
口以上であるような平面方向にも厚さ方向にも実質的に
絶縁体であつても、これを本発明の（Ｂ）成分として用
いると得られる積層体10⁶Ω／口以下の表面抵抗を示
す。極論をすれば、導電体の表面に絶縁体を積層して導
電性が発現したことを意味しており、これが本発明の骨
子である。何故にこのような効果が発現するのか、本発
明者らにも明らかでなく、積層構成における表面電気抵
抗およびその抵抗の均質性に関し、現時点で理論的説明
を行ない得ない新規知見といわざるを得ない。

本発明の効果は、面状導電性物質（Ａ）が絶縁性基板
（Ｃ）上に積層された厚さ500Å以下の薄膜である場合
に特に有効である。すなわち、厚さが１μ以下、特に50
0Å以下の薄膜は上記（２）で述べたような多くの問題
点があり、しかも特に実用上可撓性を要し、絶縁性基板
（Ｃ）がプラスチツクシートであるような場合や、常に
他の物体と接触しながら用いられる場合は上記問題点が
大きな障害となつていたが、本発明により、導電性を保
持、導電性の安定化、耐摩耗性や耐薬品性の向上が一挙
に達成できたことになる。要するに本発明は、上記
（２）と（３）で述べたものを積層構成とした場合にそ
れぞれの欠点を克服できるとともに両者から期待できな
い表面電気抵抗の発現、表面電気抵抗の均質性などが発
現することが大きな特長であり、面状導電性物質の実用
範囲の拡大、これを用いた部材、機器の信頼性、寿命の
向上に大きく寄与するものである。

以下実施例に基づいて本発明を説明する。ただし、本発
明はこの実施例に限定されるものではない。

尚実施例において、表面抵抗値は、荷重が500gの35mm角
型電極で測定した面抵抗値を表面抵抗値として表示し
た。

実施例１〜6,比較例１厚さ100μｍの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフ
イルム（東レ製“ルミラー”）の片側にAlを真空蒸着し
て表面抵抗値が５Ω／口の面状導電性物質を得た。次い
で、アクリル樹脂固形型分100重量部に対して、平均粒
径が0.1μｍ以下で体積固有抵抗が１Ω・cmのSnO₂系導
電粉末を0.05、0.1、0.5、1.0、10、15、20重量部を加
え、トルエンと酢酸ブチル（重量比1:1）を溶媒とし
て、全固型分含量を20重量％とし各々を16時間ボールミ
ルで混合（それぞれ混合液１〜７）して、上記面状導電
性物質の表面に乾燥後の厚さが５μｍになるようにリバ
ースロールコーターで塗工して、積層型導電体実施例１
〜６および比較例１を得た。これらの表面抵抗値は第１
表の通りであつた。第１表から、SnO₂系導電粉末の添加
量は、アクリル樹脂固型分100重量部に対して、0.05〜1
5重量％のものが、表面抵抗値の中心値及びバラツキの
特性からみて、特にすぐれた積層型導電体であることは
明らかである。

第１表比較例２〜７厚さ100μｍの“ルミラー”の上に、上記混合液１〜６
を乾燥後の厚さが、５μｍになるようにリバースロール
コーターで塗工した。これらは、第１表にそれぞれ比較
例２〜７としてまとめた。これらの表面抵抗値はいずれ
も２×10⁹Ω／口より大きかつた。

実施例７厚さ100μの“ルミラー”の上に、In₂O₃-SnO₂を真空蒸
着して、表面抵抗値が、５×10³Ω／口の面状導電性物
質を得た。次いで、実施例１の混合液２を上記面状導電
性物質の表面に乾燥後の厚さが10μｍになるようにリバ
ースロールコーターで塗工して、積層型導電体実施例を
得た。この実施例７の表面抵抗値は第１表の通りであつ
た。第１表から、本発明の積層型導電体は表面抵抗値及
びバラツキの特性からみて、すぐれていることは明らか
である。

比較例８実施例１で得た表面抵抗値が５Ω／口の面状導電性物質
の上に上記アクリル樹脂のみを乾燥後の厚さが10μｍに
なるようにリバースロールコーターで塗工して比較例８
を得た。この表面抵抗値は、２×10⁹Ω／口より大きか
つた。

以上の結果から、本実地例においては、表面抵抗値が５
Ω／口の面状導電性物質の上に、表面抵抗値が２×10⁹
Ω／口より大きい、いわば絶縁性の樹脂層を積層するこ
とにより、表面抵抗値が、２×10⁶〜７×10⁴Ω／口の積
層型導電体が得られたわけである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】実質的に金属および／または半導体のみか
らなる面状導電性物質表面に、平均粒子径が10μ以下で
体積固有抵抗が10^-6〜10⁸Ω・cmの導電粉末を絶縁性有
機高分子中に0.05〜15重量％添加してなる層を付設して
なる積層型導電体。