(57)【要約】【課題】緩みが生じ難く、細径化ができ、微細加工が容易な接合材及びそれを用いる接合方法を提供する。【解決手段】断面形状が長さ方向に相似であり、その直径（または代表径）Ｄとその長さＬとの比Ｌ／Ｄが３以上であって、加熱することにより長さが１５％以上短くなり、断面が膨張する機能を有することを特徴とする熱収縮性棒状接合材。【選択図】図２
2010180268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面形状が長さ方向に相似であり、その直径（または代表径）Ｄとその長さＬとの比Ｌ／Ｄが３以上であって、加熱することにより長さが１５％以上短くなり、断面が膨張する機能を有することを特徴とする熱収縮性棒状接合材。
【請求項２】
熱収縮する前の引張弾性率が０．２ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１記載の熱収縮性棒状接合材。
【請求項３】
断面形状が円であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱収縮性棒状接合材。
【請求項４】
熱収縮性棒状接合材の６０℃以下の加温での収縮率が５％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱収縮性棒状接合材。
【請求項５】
接合材による接合のための孔を有する複数の被接合部材の孔に、請求項１に記載の熱収縮性棒状接合材を挿入した後、該熱収縮性棒状接合材を加熱することにより、該熱収縮性棒状接合材の断面方向を膨張させて、該熱収縮性棒状接合材の前記被接合部材の孔に、熱収縮性棒状接合材を固定し、さらに熱収縮性棒状接合材の長手方向を収縮させて被接合部材同士を接合・固定することを特徴とする接合方法。
【請求項６】
前記複数の被接合部材の孔に、熱収縮性棒状接合材を挿入した被接合部材の間に、他の部材を挟み込んで加熱することを特徴とする請求項５に記載の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細部材の接合などに利用できる棒状の接合材に関する。
【背景技術】
【０００２】
異種もしくは同種の材料を接合する手段として、溶接、接着剤による接合、ネジ占めといった種々の方法がある。
また、補修その他の理由で、一旦接合した材料を取り外して再び修復させる方法として、バネによる圧着やネジ止めが多く利用されている。
【０００３】
バネ機構による圧着の場合には、押え枠やバネを支持する部材を取り付けるために、コンパクトでありかつ自在に着脱する手段としてはネジが用いられることが多い。
ネジによる接合をコンパクトにするために、ネジを細くする方法が採用される場合がある。しかしながら、この方法では、締め付けトルクに耐えうる径やタップの細かさに制約がある。そのため、ネジ径が数ミリ未満のネジは、時計などの精密機械以外の分野で利用されることは少ない。
【０００４】
また、熱収縮フィルムのように、ポリマーが熱により収縮する性質を利用して、配線パターン上に突起電極を載置した後、これらを熱収縮性フィルムで固定し、この熱収縮性フィルムの所定範囲を加熱、収縮させる方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。しかしながら、前記のバネ機構による固定と同様に、熱収縮性フィルムを固定するスペースが大きくなるという欠点があり、高密度実装には不向きである。
【０００５】
さらに、回路基板上に、突起電極により電気的な導通を得て半導体素子を位置決めした後、この半導体素子の周辺部に接合材料を供給し、さらに半導体素子の背面と接合樹脂上に板材を載置し、次いで加熱して接合樹脂を硬化させることにより、接合樹脂を収縮させ、この収縮応力により、板材を介して半導体素子を回路基板側へ押付け、半導体素子を回路基板に圧接する方法も提案されている（例えば、特許文献２を参照）。しかしながら、この方法は、接着剤の微細部分への適正な配置が煩雑で、困難であるという問題があった。
【０００６】
また、電子部品から発生する熱をヒートシンクに効率良く伝えるためには、ヒートシンクを電子部品に密着させることが有効である。しかしながら、各電子部品の高さの違いや組み付け加工による公差があるため、柔軟性を有する熱伝導性シートや熱伝導性グリースを電子部品とヒートシンクとの間に介在させ、この熱伝導性シートまたは熱伝導性グリースを介して電子部品からヒートシンクへの熱伝導を実現している。
【０００７】
熱伝導性グリースはその性状が液体に近いために、界面接触熱抵抗が殆ど無視できる程度であり、熱伝導性能に優れている。しかしながら、ディスペンサなどの専用の装置が必要であり、さらに回収時の作業性が悪いという欠点があった。さらに、熱伝導性グリースは、室温から電子部品の動作温度（６０〜１２０℃）間で、ヒートサイクルを長期間にわたって受けた場合に、ポンプアウトという不具合が発生するという問題がある。
【０００８】
ポンプアウトとは、グリースに含まれる液状オイル成分が分離して、電子部品と熱放散部材の間からしみ出すことにより、グリースが固化し、亀裂やボイドが発生する現象である。このようなポンプアウトが発生すると、熱抵抗の増加を招き、電子部品の放熱ができなくなる。このため、熱が加わった場合も、膨張すること無く、締め付ける力を発揮する固定方法が要望されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−４１４０３号公報
【特許文献２】特開２０００−２１９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、従来技術では解決できていなかった、緩みが生じ難く、細径化ができ、微細加工が容易な接合材及びそれを用いる接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、接合したい複数の部材に、棒状に加工した、熱収縮量が大きい繊維もしくは繊維集合体を夫々挿入し、次いでその間に挟み込む部材を位置決めした後、熱を加えて収縮させることにより、十分な収縮により残留応力を維持したまま固定され、緩みが生じない接合が可能になることを見出し、本発明に到った。
【００１２】
本発明の熱収縮性棒状接合材（第１発明）は、以下の構成よりなる。
すなわち、断面形状が長さ方向に相似であり、その直径（または代表径）Ｄとその長さＬとの比Ｌ／Ｄが３以上であって、加熱することにより長さが１５％以上短くなり、断面が膨張する機能を有することを特徴とする熱収縮性棒状接合材である。
【００１３】
第１の発明において、より好ましい実施形態は、（ａ）熱収縮する前の引張弾性率が０．２ＧＰａ以上である熱収縮性棒状接合材、（ｂ）断面形状が円である熱収縮性棒状接合材、または（ｃ）６０℃以下の加温での収縮率が５％以下である熱収縮性棒状接合材、である。
【００１４】
また、本発明の熱収縮性棒状接合材を用いる接合方法（第２発明）は、以下の構成よりなる。
すなわち、接合材による接合のための孔を有する複数の被接合部材の孔に、第１発明に記載の熱収縮性棒状接合材を挿入した後、該熱収縮性棒状接合材を加熱することにより、該熱収縮性棒状接合材の断面方向を膨張させて、該熱収縮性棒状接合材の前記被接合部材の孔に、熱収縮性棒状接合材を固定し、さらに熱収縮性棒状接合材の長手方向を収縮させて被接合部材同士を接合・固定することを特徴とする接合方法である。
【００１５】
第２の発明において、より好ましい実施形態は、前記複数の被接合部材の孔に、熱収縮性棒状接合材を挿入した被接合部材の間に、他の部材を挟み込んで加熱することを特徴とする接合方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の熱収縮性棒状接合材は、複数の被接合部材のそれぞれに設けられた孔に熱収縮性棒状接合材を挿入し、かつ複数の被接合部材を貫通させ、加熱することにより、熱収縮性棒状接合材の断面膨張によって、孔内で緊密に固着し、かつ長手方向の収縮によって複数の被接合部材を一体に接合することができ、ネジ加工が難しい難い部材や、極小で１ｍｍ以下のネジを必要とする部材でも信頼性が高い接合が可能であり、微細部材の接合に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施例１における棒状接合材収縮前の組み立て部品の組み付け状態を模式的に示す説明図である。
【図２】図２は、図１の組み付け状態のものが棒状接合材の加熱収縮によって接合された状態を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の熱収縮性棒状接合材は、モノフィラメントと称される直径が０．１〜３ｍｍ程度の太い繊維の場合は単独で、あるいはマルチフィラメントと称される個々の単繊維直径が５０ミクロンに満たない繊維の場合はマトリックスポリマーと複合したコンポジットとして必要に応じて太くして利用することができる。全体の形状としては、応力集中を生じさせないように、一定断面もしくは相似形部材が好ましい。例えば、矩形の端部だけを穴に挿入できるように丸く削りだした形状は断面内の応力分布が大きくなりクラックなどの欠陥による強度低下が生じて好ましくない。
【００１９】
本発明における熱収縮性棒状接合材を構成する素材としては、加熱することにより長さが１５％以上短くなり、断面が膨張する機能を有するポリマー（樹脂）であれば特に限定されるものではない。しかしながら、電子部品などの発熱の影響で周囲の温度がガラス転移温度（Ｔｇ）に近い温度まで加熱された際に、ポリマーの応力緩和が起こることにより、圧着力が低下するおそれがある。そのため、Ｔｇは、収縮加工に支障がない範囲で高い方がよい。具体的には、Ｔｇは６５℃以上が好ましく、さらに好ましくは８０℃以上、特に好ましくは９０℃以上である。前記のガラス転移温度は、ポリマーの種類、ポリマーの共重合成分により、調整が可能である。
【００２０】
熱収縮性棒状接合材を構成するポリマーは、結晶性ポリマー、非晶性ポリマーの何れであってもよく、芳香族ポリエステル、種々のグリコールを用いたポリエステル、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニルエーテル、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリケトン、ポリエーテルケトンなどが好ましい。
【００２１】
マルチフィラメントの場合、収縮機能と繊維束を一体化させるための接着成分を複合させることも可能である。例えば、芯にＴｇが高いポリマーを、鞘にＴｇが低いポリマーを配し、次いで鞘のポリマーを溶かして芯のポリマーを緊張状態に保ったまま冷却することにより、繊維束から棒状接合材を直接得ることもできる。
【００２２】
また、使用環境でのクリープによる密着力の低下を抑制するために、ポリマーに分岐構造を導入するなどの調整や収縮処理後に電子線架橋を導入する技術などを利用することができる。また、マトリックスポリマーを使用する場合、マトリックスポリマーは、弾性率が低く、繊維の収縮時に収縮を妨げる力が小さく、繊維との接着性が良く、繊維間に充分浸透できるものが望ましい。
【００２３】
また、マトリックスポリマーを硬化させるために、前記ポリマーにＴｇ以上の加熱を行うと、コンポジット作成時に繊維収縮が起きる。そのため、マトリックスポリマーとしては、低温で硬化できるポリマー、例えば、紫外線硬化型接着剤、電子線硬化型接着剤、湿度硬化型接着剤、あるいは反応硬化型接着剤が好ましく、より好ましくは、紫外線硬化型接着剤である。
【００２４】
上記の熱収縮性棒状接合材は、予め熱収縮が大きくなるように調整加工することが重要であり、繊維とマトリックス樹脂とを組合せてコンポジットに加工する際にも加熱により繊維が収縮する能力を減じないように加工される。
【００２５】
本発明における、断面形状が長さ方向に相似であり、その直径（または代表径）Ｄとその長さＬとの比Ｌ／Ｄが３以上であって、加熱することにより長さが１５％以上短くなり、断面が膨張する機能を有する熱収縮性棒状接合材として、より具体的には、前記の性状を有するものであれば特に限定されるものではないが、断面形状として、円、楕円、菊状、矩形、などが挙げられる。これらの断面形状のなかでも、性能および丸い挿入穴への収納性の点から、外周が円に内接する断面のものが好ましい。
【００２６】
上記の断面の直径（または代表径）Ｄは、真円の場合には直径を意味する。また、真円以外の断面形状の場合には、その断面形状に外接円を描いた場合の最大径を意味する。
【００２７】
上記の直径（または代表径）Ｄは、本発明の主たる用途である微細部材の接合において、好ましくは５ｍｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは２ｍｍ以下である。また、用途によっては、上記の直径（または代表径）Ｄが、０．５ｍｍ以下１０μｍ以上の範囲のものも使われる場合がある。直径（または代表径）Ｄが、５ｍｍを超える場合には、ねじなど他の固定法でも対応可能であり、１０μｍ未満では、組みつけ作業が困難となる場合がある。
【００２８】
本発明の熱収縮性棒状接合材において、加熱処理により長さが１５％以上短くなるとは、熱収縮性棒状接合材を、収縮可能な温度よりも十分に高い温度で、３０分以上静置した際の収縮長さを収縮前の長さで除した比が１５％以上であることを意味する。
【００２９】
熱収縮性棒状接合材としては、単独のポリマー、共重合体、ブレンド重合体であり、さらにこれらに充填材、色素、安定剤、その他の公知の添加物を含有させてもよい。
【００３０】
また、前記の熱収縮性棒状接合材は、熱収縮する前の引張弾性率が０．２ＧＰａ以上であることが好ましい。繊維とマトリックスポリマーを組み合わせる場合には、繊維の収縮をマトリックスポリマーが阻害しないように、マトリックスポリマーの弾性率を０．１ＧＰａ以下とし、繊維の弾性率を１ＧＰａ以上とすることが好ましい。これらを組み合わせたコンポジットの弾性率の調整は、繊維の体積分率に依存することは言うまでも無い。
【００３１】
強固な固定を得たい場合には、弾性率が高い熱収縮性棒状接合材を用いることが好ましい。ただし、相手の部材の剛性が小さい場合や変形が大きい場合にはその限りではない。熱収縮後の弾性率は、熱収縮前の弾性率よりも低下する傾向にある。これは、収縮前のポリマーの配向が乱れることにより、引張応力に対して、乱れが元に戻るまで容易に変形し易くなるためである。このことは、収縮させた量が大きい場合には残留している収縮応力が小さいだけでなく、変形に対する抵抗力も弱くなることを意味するが、断面積が大きくなったことで相殺される。ただし、残留する収縮応力が緩和してしまうと密着力が低下するので、収縮量と弾性率は、大きいことが好ましい。
【００３２】
組み付けのアライメントで、挿入穴内の膨張量と挿入抵抗が少ない嵌め合い公差を確保するためには、熱収縮性棒状接合材の長さを１５％以上熱収縮させることが重要である。１５％よりも小さい熱収縮では、熱収縮性棒状接合材の断面積の増加が小さく、固定量が弱くなる。上記の残留収縮応力を増大させるためには、さらに大きな熱収縮率、例えば、３０〜５０％の収縮量を確保することが好ましい。部材を収縮させる際に、直径（または代表径）Ｄとその長さＬとの比Ｌ／Ｄが３未満では、部材が長さ方向に残留収縮応力を発生させることが困難になり、断面内の応力分布が端面形状に影響を及ぼし、安定した結合が困難になる。
【００３３】
熱収縮性棒状接合材の弾性率は、固定処理で収縮させる量・部材の断面積・必要とする密着力により調整する必要がある。一般的には、断面積が小さい収縮部材を設計する場合には高い弾性率が必要になる。前記のように、弾性率は収縮繊維とマトリックス樹脂の比率、収縮繊維の加工条件、収縮繊維の樹脂の種類により変更が可能である。
【００３４】
本発明において、熱収縮性棒状接合材を構成する樹脂のＴｇは、前述のように高い方が好ましい。このもう一つの理由として、収縮処理に必要な温度は、Ｔｇ以上にすることが重要である。しかしながら、収縮部材を加工、保管する際に、寸法変化が発生すると、組み付け穴に挿入できなくなる場合がある。そのため、必要な長さに切り出す際の、工具の温度の影響で好ましくない変形が生じることを防止するために、６０℃未満の加工では熱収縮性棒状接合材の熱収縮量が小さいことが好ましい。６０℃以下の加温（例えば、３０分加熱）での熱収縮量は、５％以下であることが好ましく、より好ましくは３％以下、さらに好ましくは１．５％以下である。
【００３５】
本発明の熱収縮性棒状接合材は、引張抵抗力が大きい合成繊維素材などの樹脂素材により構成されている。そのため、接着剤として使用する際、金属ネジのように捩りせん断荷重を加えずに固定することが可能になり、細い径でも利用することができる。
【００３６】
本発明の熱収縮性棒状接合材による部材の接合方法としては、例えば、接合したい部材に適正な嵌め合いの穴（孔）を予め加工しておき、この穴（孔）に本発明の熱収縮性棒状接合材を挿入して部材の位置決めを行ってから、熱収縮が可能な温度を付与する。本発明の熱収縮性棒状接合材は、加熱により断面方向に膨張して長さ方向に収縮するため、断面方向の膨張で穴に固定されると同時に、長さ方向の収縮によって、部材は近接する方向に引っ張られることになる。
【００３７】
接合したい２つの部材の各々に同様の固定をして、接合したい部材の間にスペーサーを入れて熱を加えると熱収縮性棒状接合材は結合したい部材と固定されると同時に部材同士を引き寄せるバネのように働き密着させることも可能になる。
【００３８】
加熱による収縮力や収縮量は、合成繊維のポリマー種、製造方法を工夫して繊維長方向に収縮可能な状態に構造を制御することにより調整可能である。
【実施例】
【００３９】
接合用の収縮部材の実例を実施例に示す。
なお、以下で例示する素材などは、本発明を限定するものではない。
【００４０】
（マルチフィラメントの強度・伸度・弾性率）
本発明における強度，弾性率などは、オリエンティック社製「テンシロン」を用い、試料長２００ｍｍ（チャック間長さ）、伸長速度１００％／分の条件で歪−応力曲線を雰囲気温度２０℃、相対湿度６５％条件下で測定し、破断点での応力と伸びから強度（ｃＮ／ｄＴｅｘ）、伸度（％）、曲線の原点付近の最大勾配を与える接線から弾性率（ｃＮ／ｄＴｅｘ）を計算して求めた。なお、各値は１０回の測定値の平均値を使用した。
【００４１】
（Ｔｇの測定）
ＴＡインスツルメント・ジャパン（株）製のＤＳＣ及びその解析ソフトより求めた。
冶具  ：  アルミパン
測定温度領域  ：  ３０℃  〜  ４５０℃
昇温速度  ：  １０℃／ｍｉｎ
雰囲気  ：  窒素
【００４２】
構成するフィラメントの１本が１００ミクロン未満の場合には、アルミパンに５０ｃｍ以上巻き付け拘束状態にして測定を行った。太い材料の場合は、細かく切断してアルミパンに入れて測定した。ガラス転移点温度は、ＤＳＣチャートにガラス転移点として、変化の現れる付近における最大の傾きの点をガラス転移点と定義した。
【００４３】
（収縮率の測定法）
試料を２５０ｍｍに切断し、中央部２００ｍｍにインクでマーキングしてから厚さ２ｍｍのテフロン（登録商標）シートを敷いた金属トレーの上に３本並べて置く。予め、所定温度に加熱された熱風循環式恒温槽に試料を入れたトレーを入れて、３０分後に取り出す。冷却してマーク間距離を読む。この際、反りが出た場合は、反りを直線状に矯正して読み取り、元の長さ２００ｍｍに対する収縮した変化量を百分率で表す。
なお、常温よりも大幅に高い１５０℃で収縮率を測定する理由は、部材が長い時間を要して収縮する量を限られた時間で測定することを意図している。
【００４４】
（実施例１）
ＭＶ値が１６０のポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）を紡速４５００ｍ／分で溶融紡糸して引き取った後、送り速度６０ｍ／分の延伸装置で６５℃に加熱した送りロールと室温の引き取りローラーとの間で１．２８倍に延伸して、繊度が２８０ｄｔｅｘ、フィラメント数が９６のマルチフィラメントからなるＰＰＳ繊維を得た。
なお、前記のＭＶ値は、３１０℃におけるせん断速度が１２００／秒での溶融粘度（Ｐａ・秒）値によって示される。
【００４５】
この繊維の７２本に対して、紫外線硬化樹脂を塗布して直径２．２ｍｍおよび１．８ｍｍのステンレス製ダイスで余剰な樹脂をしごきながら引き揃え、３個目のダイス（直径１．７ｍｍ）を出た直後に紫外線ランプを３方向から照射して硬化させて、直径７５ｃｍのドラムに巻き取った。
【００４６】
巻き取ったものをカットし、熱収縮性棒状接合材を得た。
得られた熱収縮性棒状接合材を、断面の直径を１．８ｍｍに、長さを６ｍｍに切断した。次いで、この切断した熱収縮性棒状接合材を沸騰水に入れると、長さが３．５ｍｍに収縮し、太さが直径で２．４ｍｍにまで膨張した。これらの熱収縮性棒状接合材の力学特性を表１に示す。
【００４７】
【表１】
2010180268.tif 000003
【００４８】
厚み１ｍｍのアルミ板と厚み２ｍｍのガラス織物とエポキシ樹脂からなる板材に、それぞれ１．８ｍｍと直径１．９ｍｍの貫通孔を同じ配置で４箇所開けて、その内側に厚み４ｍｍの被接合部材を挟み込んで貫通穴を接着した（図１を参照）。
この組み立て部品を１１０℃の高温空気槽に５分間入れて取り出して、徐冷すると図２のように被接合部材が強固に挟まれた。
図２の被接合部材のＰＰＳ繊維熱収縮性棒状接合材をニッパで切断し、ガラス／エポキシ板材に固着している部分をドリルで取り除き、新しく準備したアルミ板と直径１．８ｍｍの収縮部材で、再度図１のように接着組み付けを行って、１１０℃加温処理をして再び図２の状態に接合することができた。
【００４９】
（実施例２）
実施例１と同じＰＰＳ樹脂を芯成分とし、低融点のエーテル系ポリウレタン（流動開始温度９０℃）を鞘成分として、質量比７０：３０で吐出して、紡速３０００ｍ／分で紡糸した。次いで、送り速度６０ｍ／分の延伸装置で、４５℃に加熱した送りロールと室温の引き取りローラーとの間で１．５８倍に延伸して、繊度が１３０ｄｔｅｘで、フィラメント数が１２のマルチフィラメントからなる未延伸ヤーンを得た。
【００５０】
このヤーンを４８本束ねて、非接触式の９３℃のヒーターで１．１倍の歪を与えながら予熱しつつ、８０℃に加温された、直径０．７５ｍｍのダイスを通して、断面の直径Ｄが０．８ｍｍの熱収縮性棒状接合材を得た。
得られた熱収縮性棒状接合材は、表１に示すように、十分な熱収縮特性と、弾性率を有していた。
【００５１】
（実施例３）
実施例１と同じＰＰＳ樹脂を、直径２．５ｍｍの３００℃の紡糸口金から空気中に押出して、１０ｃｍ下方の水浴で固化させながら引き取り、連続工程で５倍の延伸を加える。延伸の熱源には、厚みが０．４ｍｍで、長さが４ｍｍのスリットから吹き出す供給圧０．２ＭＰａの蒸気を用いた。得られたＰＰＳモノフィラメントの繊維径は、４８０ミクロンであった。
延伸モノフィラメント（熱収縮性棒状接合材）は、表１に示すように、高い収縮率を有すると同時に。高い弾性率を有していた。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の熱収縮性棒状接合材は、断面形状が長さ方向に相似であり、その直径（または代表径）Ｄとその長さＬとがＬ／Ｄで３以上であって、６０℃以上の温度に加熱することにより長さが１５％以上短くなり、断面が膨張する機能を有しているため、緩みなどが生じにくく、細径化ができ、電子デバイスに適応した際に微細加工が容易である。そのため、これらに適応し得る接合材として、例えば、電子デバイスの実装分野などにおいて、放熱板の密着固定に特に好適である。
また、セラミックス基板のような高脆性材料で、ねじ孔加工の困難な場合、或は１ｍｍ以下、数１００〜数１０μｍオーダーの微細な固定具が必要なＭＥＭＳ分野にも好適である。
【符号の説明】
【００５３】
１    基材
２    押え板
３    接着面
４    把持対象
５    収縮部材
【図１】
2010180268.tif 000004
【図２】
2010180268.tif 000005