(57)【要約】【課題】金属粉末と合成樹脂とが強い力で接着した樹脂組成物と、その樹脂組成物からなるコアを備えたリアクトルを提供する。【解決手段】酸性リン酸エステル化合物２を含有する合成樹脂３の中に金属粉末４が分散している。酸性リン酸エステル化合物２の水酸基に含まれる水素原子が、金属粉末４の表面に存在する酸素原子と水素結合する。また、酸性リン酸エステル化合物２の有機基Ｒは合成樹脂３と親和性があり、相互作用する。そのため、酸性リン酸エステル化合物２が接着付与剤として作用し、金属粉末４と合成樹脂３との接着力が強まる。【選択図】図２
2010235729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸性リン酸エステル化合物を含有する合成樹脂の中に金属粉末が分散したことを特徴とする樹脂組成物。
【請求項２】
請求項１において、上記合成樹脂は熱硬化性樹脂または室温硬化性樹脂であることを特徴とする樹脂組成物。
【請求項３】
請求項２において、上記合成樹脂はエポキシ樹脂であることを特徴とする樹脂組成物。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項において、上記酸性リン酸エステル化合物は下記化学式５または化学式６で表される化合物であり、
【化５】
2010235729.tif 000008
【化６】
2010235729.tif 000009
上記化学式中のＲまたはＲ’は炭素数１〜１８の炭化水素基であることを特徴とする樹脂組成物。
【請求項５】
請求項４において、上記ＲまたはＲ’は炭素数１〜１０の炭化水素基であることを特徴とする樹脂組成物。
【請求項６】
請求項４または請求項５において、上記ＲまたはＲ’は、酸素原子を含む炭化水素基であることを特徴とする樹脂組成物。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項において、上記金属粉末は鉄粉または鉄と珪素との合金の粉末であることを特徴とする樹脂組成物。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項において、上記金属粉末の平均粒径は５〜３００μｍであることを特徴とする樹脂組成物。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれか１項において、上記金属粉末は磁性粉末であり、上記樹脂組成物からなるコアと、該コア内に埋設され通電により磁束が発生するコイルとを備えることを特徴とするリアクトル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉末と合成樹脂との接着性を向上できる樹脂組成物と、その樹脂組成物を用いたリアクトルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、シリカ等の無機フィラーを合成樹脂の中に分散させた樹脂組成物が知られている。この樹脂組成物は、合成樹脂と無機フィラーとの接着性を向上させるために、シランカップリング剤を添加することがある（特許文献１参照）。
【０００３】
シランカップリング剤は、無機フィラーの表面に存在する水酸基と反応する加水分解基と、合成樹脂と反応または相互作用する有機官能基とを１分子中に有する。シランカップリング剤を合成樹脂に添加すると、加水分解基が無機フィラー表面上の水酸基と反応し、有機官能基が合成樹脂と反応または相互作用する。これにより、無機フィラーと合成樹脂との結着力を向上できる。この効果により、樹脂組成物の強度や耐久性、更には熱伝導性の向上が期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４１５６８５８号公報
【特許文献２】特開２００６−４９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながらシランカップリング剤は、無機フィラーの表面上に反応する為の水酸基が存在しない場合はその結着効果は低いことが知られている。例えば合成樹脂の中に鉄粉やアルミニウム等の金属粉末を分散させる場合があるが、これら金属粉末の表面には水酸基が十分に存在しないため、シランカップリング剤を添加しても金属粉末と樹脂との接着性は向上しにくい。そのため、金属粉末と合成樹脂とを強く接着できる接着付与剤と、その接着付与剤が添加された樹脂組成物が望まれている。
【０００６】
一方、合成樹脂中に金属粉末として磁性粉末を分散させた樹脂組成物が知られている（特許文献２参照）。この金属粉を含む樹脂組成物からなるコアに、コイルを埋設したリアクトルが開発されている。リアクトルは、コアが割れると性能が低下するため、コアに十分な強度が要求される。またコアは、コイルから発生した熱を放熱するため、高い熱伝導性が要求される。そのため、上記樹脂組成物を用いることにより、コアに高い強度と熱伝導性を付与できるリアクトルが望まれている。
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、金属粉末と合成樹脂とが強い力で接着した樹脂組成物と、該樹脂組成物からなるコアを備えたリアクトルを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、酸性リン酸エステル化合物を含有する合成樹脂の中に金属粉末が分散したことを特徴とする樹脂組成物にある（請求項１）。
【０００９】
また、第２の発明は、上記金属粉末は磁性粉末であり、上記樹脂組成物からなるコアと、該コア内に埋設され通電により磁束が発生するコイルとを備えることを特徴とするリアクトルにある（請求項９）。
【発明の効果】
【００１０】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
第１の発明では、酸性リン酸エステル化合物を含有する合成樹脂中に、金属粉末を分散させた。酸性リン酸エステル化合物は、リン酸（Ｏ＝Ｐ（ＯＨ）３）が持つ３個の水素のうち、１個または２個が有機基で置き換わった構造を有する。すなわち、１分子中に少なくとも１個の水酸基と、少なくとも１個の有機基を有する。この水酸基と金属表面に存在する酸化被膜の酸素原子との強い相互作用が期待される。また、酸性リン酸エステル化合物骨格の有機基は、合成樹脂と親和性が高い為、樹脂との相互作用が期待される。すなわち、酸性リン酸エステル化合物の添加によって金属粉末と合成樹脂との接着力を高めることができる。これにより、金属粉末と合成樹脂とが密着し、樹脂組成物の強度や耐久性、熱伝導性を向上させることができる。
【００１１】
従来のシランカップリング剤は、表面に充分な水酸基が存在していない鉄粉等の金属粉に対しては大きな効果は得られないが、本発明によれば、金属粉末の表面に水酸基が存在していなくても、酸化等によって金属表面に酸素原子が存在していれば、金属粉末と合成樹脂とを強く接着させることができる。
【００１２】
また、第２の発明では、樹脂組成物中の金属粉末を磁性粉末とし、該樹脂組成物を使ってコアを形成した。そして、このコアの中にコイルを埋設してリアクトルを構成した。
この場合には、金属粉末と合成樹脂との接着力が強い樹脂組成物を使ってコアを形成したため、コアの強度や耐久性、熱伝導性を向上させることができる。上述したように、コアには十分な強度と熱伝導性が要求されるが、本発明の樹脂組成物を利用することにより、これらの要求を満たすことができる。
【００１３】
以上のごとく、本発明によると、金属粉末と合成樹脂とが強い力で接着した樹脂組成物と、該樹脂組成物からなるコアを備えたリアクトルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１における、樹脂組成物の拡大断面図。
【図２】実施例１における、金属粉末と、合成樹脂と、酸性リン酸エステル化合物との相互作用を表した概念図。
【図３】実施例１における、樹脂組成物を用いたリアクトルの分解斜視図。
【図４】図３のリアクトルの断面図。
【図５】実験例１における、剪断接着強度の測定方法についての説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
第１の発明において、上記合成樹脂は熱硬化性樹脂または室温硬化性樹脂であることが好ましい（請求項２）。
合成樹脂として熱硬化性樹脂または室温硬化性樹脂を用いた場合は、高温状態における金属粉末の分散安定性を向上させることができる。
すなわち、合成樹脂として熱可塑性樹脂を用いた場合は、樹脂の温度が上昇すると軟化するため、金属粉末が沈殿する可能性がある。しかし、合成樹脂として熱硬化性樹脂または室温硬化性樹脂を用いた場合は、樹脂の温度が上昇しても樹脂の３次元ネットワークにより、金属粉末が沈殿する等の問題が生じにくい。そのため、樹脂の温度が上昇する使用環境では、特に効果が大きい。
【００１６】
また、上記合成樹脂はエポキシ樹脂であることが好ましい（請求項３）。
硬化後のエポキシ樹脂は水酸基を有するので、この水酸基に含まれる水素原子と、金属粉末表面に存在する酸素原子とが水素結合しやすくなる。そのため、酸性リン酸エステル化合物による、金属粉末とエポキシ樹脂との接着効果と、エポキシ樹脂の水酸基による接着効果とが重畳的に発揮され、金属粉末と樹脂との接着力を特に強くすることが可能となる。
上記硬化性樹脂として、例えばエポキシ樹脂、ウレタン、シリコーン、変成シリコーン、アクリル系の樹脂が挙げられる。これらの中でも架橋密度が高く、耐熱性に優れるエポキシ樹脂が好ましい樹脂として挙げられる。エポキシ樹脂は、酸無水物、芳香族アミン、ジシアンジアミド、フェノール類、或いは３級アミンを硬化剤或いは重合触媒とする加熱硬化型、１級、２級、３級アミン、チオール等を硬化剤或いは触媒とする室温硬化型が挙げられる。本発明は何れの硬化系でも効果を発揮できる。
【００１７】
また、上記酸性リン酸エステル化合物は下記化学式１または化学式２で表される化合物であり、
【化１】
2010235729.tif 000003
【化２】
2010235729.tif 000004
上記化学式中のＲまたはＲ’は炭素数１〜１８の炭化水素基であることが好ましい（請求項４）。
この場合には、合成樹脂に少量の酸性リン酸エステル化合物を添加しただけで、合成樹脂と金属粉末との高い接着効果を発揮できる。すなわち、ＲまたはＲ’の炭素数が１８を超えると、酸性リン酸エステル化合物全体の重量に占める水酸基の割合が少なくなるので、多量の酸性リン酸エステル化合物を添加する必要が生じる。しかし、炭素数が１８以下であれば、全体の重量に占める水酸基の割合が多いので、少量の酸性リン酸エステル化合物を添加しただけで、高い上記接着効果を発揮することができる。
【００１８】
また、上記ＲまたはＲ’は炭素数１〜１０の炭化水素基であることが好ましい（請求項５）。
この場合には、酸性リン酸エステル化合物全体の重量に占める水酸基の割合がさらに多くなるので、酸性リン酸エステル化合物の添加量がより少なくても、合成樹脂と金属粉末とを強い力で接着させることができる。
【００１９】
また、上記ＲまたはＲ’は、酸素原子を含む炭化水素基であることが好ましい（請求項６）。
この場合、例えば、炭化水素基中に水酸基やエーテル結合等の形で酸素原子を含んでいる酸性リン酸エステル化合物も使用することが可能となる。そのため、酸性リン酸エステル化合物の分子構造の自由度を高められるとともに、より容易に入手できる酸性リン酸エステル化合物を使用することが可能になる。
【００２０】
また、上記金属粉末は鉄粉または鉄と珪素との合金の粉末であることが好ましい（請求項７）。
鉄粉の表面は酸化している場合が多いので、その鉄粉の表面に存在する酸素原子と、酸性リン酸エステル化合物の水酸基に含まれる水素原子とが水素結合を形成することができる。そのため、金属粉末として鉄粉を用いた場合は、酸性リン酸エステル化合物を添加することにより、合成樹脂と金属粉末（鉄粉）との接着力を十分に高めることができる。
また、鉄と珪素との合金は磁歪が小さいので、磁性材料として好適に用いることができる。
【００２１】
また、上記金属粉末の平均粒径は５〜３００μｍであることが好ましい（請求項８）。
この場合には、金属粉末と合成樹脂とを強い力で接着できるとともに、樹脂組成物の粘度を低くすることができる。すなわち、金属粉末の平均粒径が３００μｍを超えると金属粉末の表面エネルギーが小さくなり、酸性リン酸エステル化合物との相互作用が小さくなる。そのため、金属粉末と合成樹脂との接着力が低下しやすくなる。また、金属粉末の平均粒径が５μｍ未満の場合は、酸性リン酸エステル化合物との相互作用は大きいが、粘度が上昇するため、鉄粉入り合成樹脂の注型作業性が悪くなる場合がある。
【実施例】
【００２２】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる樹脂組成物およびリアクトルにつき、図１、図２を用いて説明する。
図１に示すごとく、本例の樹脂組成物１は、酸性リン酸エステル化合物２を含有する合成樹脂３の中に金属粉末４が分散している。
本例では、合成樹脂３は、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂である。
【００２３】
また、酸性リン酸エステル化合物２は下記化学式３または化学式４で表される化合物であり、
【化３】
2010235729.tif 000005
【化４】
2010235729.tif 000006
上記化学式中のＲまたはＲ’は炭素数１〜１８の炭化水素基である。
【００２４】
なお、上記ＲまたはＲ’は炭素数１〜１０の炭化水素基であることが好ましい。また、ＲまたはＲ’は、酸素原子を含む炭化水素基にすることができる。
本例では、金属粉末４は鉄粉または鉄と珪素との合金の粉末である。また、金属粉末４の平均粒径は５〜３００μｍである。
【００２５】
一方、図３、図４に示すごとく、本例のリアクトル５は、上記金属粉末４として磁性粉末を用いた樹脂組成物１からなるコア１０と、該コア１０内に埋設され通電により磁束が発生するコイル７とを備えている。
コア１０を構成する樹脂組成物１は、合成樹脂３としてエポキシ樹脂を用い、金属粉末４として鉄と珪素の合金の粉末で、平均粒径が５〜３００μｍのものを用いる。また、酸性リン酸エステル化合物２は、上記化学式３、化学式４で表される化合物で、ＲまたはＲ’が炭素数１〜１０のものを用いる。
また、リアクトル５のケース６はアルミニウム製で、コイル７は銅線を巻き回して構成したものである。
【００２６】
本例の作用効果につき説明する。
本例では、図１に示すごとく、酸性リン酸エステル化合物２を含有する合成樹脂３中に、金属粉末４を分散させた。酸性リン酸エステル化合物２は、リン酸（Ｏ＝Ｐ（ＯＨ）３）が持つ３個の水素のうち、１個または２個が有機基で置き換わった構造を有する。すなわち、１分子中に少なくとも１個の水酸基と、少なくとも１個の有機基Ｒを有する。図２に示すごとく、この水酸基に含まれる水素原子が、金属表面に存在する酸素原子と水素結合をすると考えられる。また、酸性リン酸エステル化合物骨格の有機基Ｒは、合成樹脂３と親和性が高い為、樹脂との相互作用が期待される。すなわち、酸性リン酸エステル化合物２の添加によって金属粉末４と合成樹脂３との接着力を高めることができる。これにより、金属粉末４と合成樹脂３とが密着し、樹脂組成物１の強度や耐久性、熱伝導性を向上させることができる。
【００２７】
従来のシランカップリング処理法では、表面に充分な水酸基が存在していない鉄粉等の金属粉末４に対しては大きな効果は得られないが、本発明によれば、金属粉末４の表面に水酸基が存在していなくても、酸化等によって金属表面に酸素原子が存在していれば、金属粉末４と合成樹脂３とを強く接着させることができる。
【００２８】
また、図３、図４に示すごとく、本例では、樹脂組成物１中の金属粉末４を磁性粉末とし、樹脂組成物１を使ってコア１０を形成した。そして、このコア１０の中にコイルを埋設してリアクトル５を構成した。
金属粉末４と合成樹脂３との接着力が強い樹脂組成物１を使ってコア１０を形成したため、コア１０の強度や耐久性、熱伝導性を向上させることができる。上述したように、コア１０には十分な強度と熱伝導性が要求されるが、本発明の樹脂組成物１を利用することにより、これらの要求を満たすことができる。
【００２９】
また、合成樹脂３として熱硬化性樹脂または室温硬化性樹脂を用いたことにより、高温状態における金属粉末４の分散安定性を向上させることができる。
すなわち、合成樹脂３として熱可塑性樹脂を用いた場合は、樹脂の温度が上昇すると軟化する為、金属粉末４が沈殿する可能性がある。しかし、合成樹脂３として熱硬化性樹脂または室温硬化性樹脂を用いた場合は、樹脂の温度が上昇しても３次元架橋構造により、金属粉末４が沈殿する等の問題が生じにくい。そのため、樹脂の温度が上昇する使用環境では、特に効果が大きい。
【００３０】
合成樹脂３として、例えばエポキシ樹脂、ウレタン、シリコーン、変成シリコーン、アクリル等が挙げられるが、これらの中でもエポキシ樹脂は架橋密度が高く、特に耐熱性に優れることから好ましい。
硬化後のエポキシ樹脂は水酸基を有するので、この水酸基に含まれる水素原子と、金属粉末４表面に存在する酸素原子とが水素結合しやすくなる。そのため、酸性リン酸エステル化合物２による、金属粉末４とエポキシ樹脂との接着効果と、エポキシ樹脂の水酸基による接着効果とが重畳的に発揮され、金属粉末４表面と樹脂との接着力を特に強くすることが可能となる。
【００３１】
また、酸性リン酸エステル化合物２は上記化学式３または化学式４で表される化合物であり、この化学式中のＲまたはＲ’は炭素数１〜１８の炭化水素基である。
この場合には、合成樹脂３に少量の酸性リン酸エステル化合物２を添加しただけで、合成樹脂３と金属粉末４との高い接着効果を発揮できる。すなわち、ＲまたはＲ’の炭素数が１８を超えると、酸性リン酸エステル化合物２全体の重量に占める水酸基の割合が少なくなるので、多量の酸性リン酸エステル化合物２を添加する必要が生じる。しかし、炭素数が１８以下であれば、全体の重量に占める水酸基の割合が多いので、少量の酸性リン酸エステル化合物２を添加しただけで、高い接着効果を発揮することができる。
【００３２】
上記ＲまたはＲ’は炭素数１〜１０の炭化水素基であるため、酸性リン酸エステル化合物２全体の重量に占める水酸基の割合をさらに多くできる。従って、酸性リン酸エステル化合物２の添加量がより少なくても、合成樹脂３と金属粉末４とを強い力で接着させることができる。
【００３３】
ＲまたはＲ’は、酸素原子を含む炭化水素基であるため、例えば、炭化水素基中に水酸基やエーテル結合等の形で酸素原子を含んでいる酸性リン酸エステル化合物２も使用することが可能となる。そのため、酸性リン酸エステル化合物２の分子構造の自由度を高められるとともに、より容易に入手できる酸性リン酸エステル化合物２を使用することが可能になる。
【００３４】
また、金属粉末４は鉄粉または鉄と珪素との合金の粉末にすることができる。
鉄粉の表面は酸化している場合が多いので、その鉄粉の表面に存在する酸素原子と、酸性リン酸エステル化合物２の水酸基に含まれる水素原子とが水素結合を形成することができる。そのため、金属粉末４として鉄粉を用いた場合は、酸性リン酸エステル化合物２を添加することにより、合成樹脂３と金属粉末４（鉄粉）との接着力を十分に高めることができる。
また、鉄と珪素との合金は磁歪が小さいので、磁性材料として好適に用いることができる。
【００３５】
また、本例では、金属粉末４の平均粒径は５〜３００μｍである。
そのため、金属粉末４と合成樹脂３とを強い力で接着できるとともに、樹脂組成物１の粘度を低くすることができる。すなわち、金属粉末４の平均粒径が３００μｍを超えると金属粉末４の表面エネルギーが小さくなり、酸性リン酸エステル化合物２との相互作用が小さくなる。そのため、金属粉末４と合成樹脂３との接着力が低下しやすくなる。また、金属粉末４の平均粒径が５μｍ未満の場合は、酸性リン酸エステル化合物２との相互作用は大きいが、粘度が上昇するため、注型作業性が悪くなる場合がある。
【００３６】
以上のごとく、本例によると、金属粉末４と合成樹脂３とが強い力で接着した樹脂組成物１と、樹脂組成物１からなるコア１０を備えたリアクトル５を提供することができる。
【００３７】
（実験例１）
本発明の効果を確認するため、実験を行った。まず、下記表１に示すごとく、本発明に属する試料１〜試料５の樹脂組成物と、本発明に属しない比較例１、２の樹脂組成物を作成した。
各々の樹脂組成物は、主剤としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００ｇと、硬化剤として酸無水物９０ｇと、金属粉末４として鉄粉２０００ｇとを含む。試料１〜試料５の樹脂組成物は、表１に示す重量の酸性リン酸エステル化合物Ａ〜Ｄをさらに含む。また、酸性リン酸エステル化合物およびシランカップリング剤を添加しない樹脂組成物を比較例１とし、シランカップリング剤を３ｇ添加した樹脂組成物を比較例２とした。
【００３８】
【表１】
2010235729.tif 000007
【００３９】
表１のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂は、ジャパンエポキシレジン株式会社のエピコート８２８を用いた。酸無水物は新日本理化株式会社のＭＨ−７００を使用した。また、イミダゾール化合物は四国化成工業株式会社の２Ｅ４ＭＺを用いた。鉄粉の平均粒子径は２０〜３００μｍにした。また、酸性リン酸エステル化合物Ａ〜Ｄは、城北化学工業株式会社のＪＰ−５０２、ＪＰ−５０４、ＪＰ−５０８、ＪＰ−５０６Ｈを各々用いた。
【００４０】
表２の樹脂組成物を用いて、１０×４×８０ｍｍの大きさ、形状を有する強度測定用サンプル８を作成した。そして、この強度測定用サンプル８の曲げ歪と曲げ強度を測定した。
測定方法は、JIS  K7171に従い、試験速度２ｍｍ/minで実施した。
なお、曲げ歪は、下記式で求められる。
曲げ歪（％）＝たわみ量×６×厚み／（支点間距離）2
【００４１】
次に、図５に示すごとく、２０×５０×２ｍｍのアルミ板８２同士を重ね合わせ、この重ね合わせた部分に表１に示す樹脂組成物を塗布し、１５０℃で３時間硬化した。これを剪断試験用サンプル８３とした。重ね合わせた部分は５×１５ｍｍとし、樹脂組成物１の厚さは１ｍｍとした。この剪断試験用サンプル８３を、２３℃の下、図５に示す矢印の方向へアルミ板８２を５ｍｍ／分で引張り、樹脂組成物１が破壊される瞬間の強度を測定した。また、アルミ板８２と樹脂組成物１の接触界面が剥離した場合は「界面剥離」と記載し、樹脂組成物１の内部で破壊した場合は「凝集破壊」と記載した。樹脂組成物１とアルミ板８２との接着力が高い場合は、凝集破壊となり、接着力が低い場合は界面剥離となる。
【００４２】
表１に示すごとく、本発明に属する試料１〜５のサンプルは、比較例１、２のサンプルと比べて、曲げ歪および曲げ強度が大きいことが分かる。これから、試料１〜５の樹脂組成物１は、酸性リン酸エステル化合物によって鉄粉４とエポキシ樹脂３との接着力が高まり、その結果、曲げ強度が高くなっていることが確認できる。
また、試料１〜５のサンプルは、比較例１、２のサンプルと比べて、剪断接着強度が高いことが分かる。これから、試料１〜５の樹脂組成物１は、酸性リン酸エステル化合物によってアルミ板８２との接着力が高くなっていることが確認できる。アルミ板８２の表面は酸化しているので、この表面の酸素原子と、酸性リン酸エステル化合物の水酸基に含まれる水素原子とが水素結合していると考えられる。
【符号の説明】
【００４３】
１  樹脂組成物
２  酸性リン酸エステル化合物
３  合成樹脂
４  金属粉末
５  リアクトル
【図１】
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【図２】
2010235729.tif 000011
【図３】
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【図４】
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【図５】
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