JPS5963613A - 積層型導電体 - 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】 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
求されるようになってきており、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１０〜１
０９Ω／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
、スパッタリング、イオンプレーティングなどの方法で
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、要するに吸湿によって導電性を発現させ
ているために湿度変化によっ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す、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０．０５〜１
５ｗｔ％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っては
、必要に応じ、紙、プラスチックシート、プラスチック
フィルム、ガラス、セラミック、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ってもよ
いし、それらを用いず該絶縁性基板表面にメッキ、真空
蒸着、化学蒸着、スパッタリング、イオンブレーティン
グなどの方法で薄膜形成したものであってもよい。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、真ちゅう、パ
ーマロイ、その他多くの金属や合金類やＳｉ、Ｃ、Ｉｎ
２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＣｄＯ、ＣｄＳ、Ｉｎ２Ｏ３−Ｓｎ
０２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、混合されたりしていて
もよい。これらの面状導電性物質の表面抵抗としては１
０９Ω／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Ｊ館囲
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
がおり好ましくない。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
お上記平均膜厚において、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、
將に好ましくは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・ｃｍの表面電気抵抗を有するも
のが得にくかったり、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、ＴｉＯ
ｘ（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のものがあり、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１０
μ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、アルキッド樹脂、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、増粘剤こ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
の層になっていてもよい。

上記層（Ｂ）を構成する導電粉末の割合は０．０５〜１
５ｗｔ％であることが必要であるが、特に好ましくは、
０．１〜１０ｗｔ％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、逆に上記範囲な越えると上記（
３）で述べたような可撓性の不足、表面平滑性の不足な
どの問題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、浸漬塗し、ナイフ塗や、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）、ファン
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ィルムを
つくっておき、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
層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Ｏ．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１０１
６Ω／口以上であるような平面方向にも厚さ方向にも実
質的には絶縁体であっても、これを本発明の（Ｂ）成分
として用いると得られる積層体は１０３Ω／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５
００Å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）がプラスチッ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
が大きな障害となっていたが、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３
５ｍｍ角型電極で測定を表面抵抗値を表面抵抗値として
表示した。

実施例１〜６ 厚さ１００μｍの二軸延伸ポリエチレンテレフタレート
フィルム（東し製“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．
０．１０．２０重蟻部を加え、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１〜６）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を得た。これらの表
面抵抗値は第１表の通りであった。第１表から、Ｓｎ０
２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、０．０５〜１５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。

比較例１〜６ 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、１０μｍになるようにリバースロ
ールコ−ターで塗工した。これらは、第１表にそれぞれ
比較例１〜６としてまとめた。これらの表面低抗値はい
ずれも２Ｘ１０９Ω／口より大きかった。

実施例７ 厚さ１００μの“ルミラー”の上に、Ｉｎ２０３−Ｓｎ
Ｏ２を真空蒸着して、表面抵抗値が、５Ｘ１０３Ω／口
の面状導電性物質を得た。次いで、実施例１の混液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
表の通りであった。

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７ 実施例１で得た表面抵抗値が５Ω／口の面状導電性物賀
の上に上記アクリル樹脂のみを乾燥後の厚さが５μｍに
なるようにリバースロールコーターで塗工して比較例７
を得た。この表面抵抗値は、２×１０９Ω／口より大き
かった。

以上の結果から、本実施例においては、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２Ｘ１０
９Ω／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、６Ｘ１０６〜７Ｘ１０４Ω
／口の積層型導電体が得られたわけである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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１０−６〜１０−８Ω・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
   設してなる導電体。