(57)【要約】【課題】粘性流体である樹脂中のアスペクト比の高いフィラーは、射出成形時に流動抵抗の小さい方向に並び、フィラーの長尺方向と樹脂の流れ方向がほぼ同一になる。そのため、通常の射出成形時には、樹脂の厚み方向に対して垂直方向に樹脂が押し出されることから、フィラーは樹脂の厚み方向と垂直をなす方向に配向し、フィラーが樹脂外部への放熱に寄与できない。【解決手段】この発明に係る熱可塑性樹脂は、熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の充填材を含有し、当該充填材は、平板状の第一板状体と、前記第一板状体と結合した平板状の第二板状体とからなり、前記第一板状体の主面と前記第二板状体の主面とが、前記結合部を挟んで向かい合う場合の内角θが４５度乃至１３５度であるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器の絶縁部に用いられる熱可塑性樹脂において、
前記熱可塑性樹脂は熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の充填材を含有し、
当該充填材は、平板状の第一板状体と、前記第一板状体と結合した平板状の第二板状体とからなり、
前記第一板状体の主面と前記第二板状体の主面とが、前記結合部を挟んで向かい合う場合の内角θが４５度乃至１３５度であることを特徴とする熱可塑性樹脂。
【請求項２】
前記第一板状体の主面及び前記第二板状体の主面が四角形であって、前記第一板状体及び前記第二板状体の各々の側面の内少なくとも一つの側面が、同形状及び同面積の結合面を構成することを特徴とする請求項１記載の熱可塑性樹脂。
【請求項３】
前記第一板状体の主面と前記第二板状体の主面とが接する線分上に、当該線分の一方の点を始点としＹ軸を規定し、前記Ｙ軸と同始点で直交し、前記第一板状体の主面の一辺に添ってＸ軸を規定し、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に共に同始点で直交する軸をＺ軸と規定した場合において、前記線分のＹ軸上の長さと前記第一板状体の主面の一辺のＸ軸上の長さとの比、前記線分のＹ軸上の長さと前記第二板状体の主面の前記線分と同始点で直交している一辺のＺ軸上の投射長との比、および、前記第一板状体の主面の一辺のＸ軸上の長さと前記第二板状体の主面の前記線分と同始点で直交している一辺のＺ軸上の投射長との比の各々が０．５乃至２．０であることを特徴とする請求項２記載の熱可塑性樹脂。
【請求項４】
前記請求項１記載の熱可塑性樹脂を用いた熱可塑性樹脂成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータ装置等の絶縁部に用いられる熱可塑性樹脂成形品に関し、特に熱伝導率を改善した熱可塑性樹脂及びその成形品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電磁機器において、高効率化及び小型化に伴い電磁コイルの冷却性能の向上が求められている。そのため、電磁コイルの周辺に用いられている電気絶縁性の材料を高熱伝導化させる必要があり、無機粉末を含有する熱可塑性樹脂を用いた樹脂部材の開発が進められている。その一つとして、アルミナ繊維をフィラーとして熱可塑性樹脂に混合したものが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
さらに、窒化ホウ素等の熱伝導率の高い無機材料で構成されたアスペクト比の高い鱗片状のフィラーを充填したものが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００９／０４８０００号公報
【特許文献２】特開２００９−１８７８１７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、上記特許文献では、繊維形状や鱗片形状等の長尺方向と短尺方向の寸法比（以下、アスペクト比と記載する場合もある。）が２以上と高いフィラーを含有することで、樹脂と比較して熱伝導率の高いフィラーを伝って熱が伝わりやすくなることを利用してフィラーの長尺方向と同一の配向方向に対して高い熱伝導率を実現しているが、粘性流体である樹脂中のアスペクト比の高いフィラーは、射出成形時に流動抵抗の小さい方向に並び、フィラーの長尺方向と樹脂の流れ方向がほぼ同一になる。
【０００６】
そのため、通常の射出成形時には、樹脂の厚み方向に対して垂直方向に樹脂が押し出されることから、フィラーは樹脂の厚み方向と垂直をなす方向に配向し、フィラーが樹脂外部への放熱に寄与しないという問題がある。
【０００７】
この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、樹脂の任意の方向に対して高い熱伝導率を有する熱可塑性樹脂成形品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る電気機器の絶縁部に用いられる熱可塑性樹脂は、前記熱可塑性樹脂は熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の充填材を含有し、当該充填材は、平板状の第一板状体と、前記第一板状体と結合した平板状の第二板状体とからなり、前記第一板状体の主面と前記第二板状体の主面とが、前記結合部を挟んで向かい合う場合の内角θが４５度乃至１３５度であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は、フィラーのいずれかの配向面が樹脂の厚み方向に対して４５度以下となるように構成したため、樹脂の厚み方向に対して高い熱伝導率を有するといった従来にない顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る無機フィラーの外形を示す概略図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る無機フィラーのＸＹＺ軸上の長さを示した図である。
【図３】この発明の実施の形態１における熱可塑性樹脂成形品の熱伝導を模式的に示した断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１における熱可塑性樹脂成形品の製造方法を示したフロー図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る無機フィラーの円弧を描く形状で折り曲げられた形態を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る無機フィラー含有率と熱伝導率の関係を示したグラフである。
【図７】この発明の実施の形態１に係る無機フィラー含有率と衝撃強度との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１.
次に、図面を用いて、この発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１２】
図１は、この発明の実施の形態１における熱可塑性樹脂成形品に混合する無機フィラーの外形を示す概略図である。図において、熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の充填材である無機フィラー１は、六面体形状を有する平板状の第一板状体２と六面体形状を有する平板状の第二板状体３とからなり、第一板状体２の側面の内少なくとも一つの側面と第二板状体３の側面の内少なくとも一つの側面とが同形状及び同面積の結合面を構成し、当該結合面である境界面４で結合している。
【００１３】
第一板状体２は、ほぼ同面積で最大面積を有する四角形の向かい合う２つの主面を有し、また、第二板状体３も、ほぼ同面積で最大面積を有する四角形の向かい合う２つの主面を有する。第一板状体２と第二板状体３とが結合した状態で内側に位置する各々の主面を、それぞれ第一主面８、及び、第二主面９とする。
【００１４】
ここで、第一主面８と第二主面９とがなす内角をθとした場合、θは４５度乃至１３５度の角度を有する。ここでは、一例として、θが略１１０度の場合を図示している。
【００１５】
なお、図において、無機フィラー１は、六面体形状を有し、第一主面８が四角形である平板状の第一板状体２と、六面体形状を有し、第二主面９が四角形である平板状の第二板状体で構成されているが、２つの板状の成形体であって、それらの最大面積を有する主面同士の結合面である境界面４をまたいだ内角θが４５度乃至１３５度の角度を有するような構成をとれば、特に主面が四角形である六面体形状を有していなくとも、例えば、主面が三角形である三角柱形状を有する板状、主面が五角形である五角柱形状を有する板状などの多角柱または一部に円弧を含む板状であってもかまわない。
【００１６】
無機フィラー１はベース樹脂５と比較して高い熱伝導率を持つ物質で形成されている。当該物質としては、例えば、上記特許文献１または特許文献２に記載があるアルミナ繊維または窒化ホウ素等がある。
【００１７】
図２は、この発明の実施の形態１における熱可塑性樹脂成形品に混合する無機フィラーのＸＹＺ軸上の長さを示した図である。図において、Ｙ軸は第一板状体２の第一主面８と第二板状体３の第二主面９とが接する線分上に、当該線分の一方の点を始点とし取った軸であり、Ｘ軸はＹ軸と同始点で直交し、第一板状体２の第一主面８の一辺に添って取った軸である。また、Ｚ軸はＸ軸及び前記Ｙ軸に共に同始点で直交する軸であって、第二成形体３の第二主面９方向に伸びる軸である。
【００１８】
ここで、Ｌｘは第一板状体２の第一主面８における四角形の一辺のＸ軸上に投影した場合の長さ、ここでは、簡単に理解するために第一主面８を長方形とし、Ｘ軸上に投影した場合の長さは長方形の一辺の長さと同じである。また、Ｌｙは第一板状体２の第一主面８と第二板状体３の第二主面９とが接する線分のＹ軸上に投影した場合の長さ、すなわち、線分の長さそのものである。また、Ｌｚは境界面４における上記線分と同始点で直交している第二板状体３の第二主面９の一辺のＺ軸上の投射長である。ここでは、簡単に理解するために第二主面９を長方形とし、Ｚ軸上に投影した場合の長さは長方形の一辺をＺ軸上に投影した場合の長さと同じである。
【００１９】
ここで、内角θが直角に近いほど、無機フィラー１が樹脂中にどのような向きに配置されても、それぞれの方向に対して均等な伝熱パスが生じるために、より確実に成形品の厚み方向への伝熱性能の改善が図れる。
【００２０】
また、上記Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸の３軸方向の寸法比が１に近くなるほど、すなわち、Ｌｘ／Ｌｙ、Ｌｘ／Ｌｚ、及び、Ｌｙ／Ｌｚが１に近いほど、無機フィラー１が樹脂中にどのような向きに配置されても、それぞれの方向に対して均等な伝熱パスが生じるために、より確実に成形品の厚み方向への伝熱性能の改善が図れる。
【００２１】
よって、内角θが直角に近く、かつ、Ｌｘ／Ｌｙ、Ｌｘ／Ｌｚ、及び、Ｌｙ／Ｌｚが１に近いほど、樹脂の厚み方向に対して、特に、フィラー形状からＹ軸方向に垂直な方向の伝熱性能の改善が求められるため、無機フィラー１がＹ軸と垂直な面内でランダムな配置をとったとしても、熱伝導に寄与する第一板状体２、及び、第二板状体３がＹ軸と垂直な面内で取り得る角度が小さい角度（４５度以下）、すなわち、樹脂の厚み方向に対して小さい角度で配置されることになるため、無機フィラー１が樹脂中にどのような向きに配置されても、それぞれの方向に対して均等な伝熱パスが生じるために、より確実に成形品の厚み方向への伝熱性能の最適化が図れる。
【００２２】
なお、上記３軸方向の寸法比が１から大きく外れる場合には、フィラーの折り曲げの効果が十分発揮できないため、すなわち、単なる板状態のフィラーを配置した場合と等価になるため、通常３軸方向の寸法比が０．５乃至２．０の範囲内であることが望ましいが、特にこの範囲に無くても、この範囲から大きく外れなければ、例えば、３軸方向の寸法比が０．３乃至３．０の範囲内であれば、ある程度の効果が得られる。
【００２３】
また、通常のフィラーを考慮すれば、上記３軸方向の長さＬｘ、Ｌｙ、及び、Ｌｚの実寸法に相当する寸法は１０μｍから１００μｍ程度となるが、特にこの範囲に無くても、熱可塑性樹脂成形品に対し、適切な範囲で設計されていれば、同様の効果が得られる。
【００２４】
図３は、この発明の実施の形態１における熱可塑性樹脂成形品の熱伝導を模式的に示した断面図である。図において、Ｂは熱可塑性樹脂成形品５の裏面（熱原に近い面。以下裏面と記載）、Ａは熱可塑性樹脂成形品５の表面（放熱面。以下表面と記載）である。また、６は樹脂中の厚み方向の熱伝導ベクトル、７は樹脂中の厚み方向の熱伝導ベクトルを示す。ここで、フィラー中の熱伝導率は樹脂中のそれよりも大きい。よって、樹脂中で無機フィラー１の垂直方向に占める割合が大きければ大きいほど熱伝導性能が向上する。
【００２５】
次に、この発明の実施の形態１における熱可塑性樹脂成形品の製造方法を示す。図４は、この発明の実施の形態１における熱可塑性樹脂成形品の製造方法を示したフロー図である。ここで、Ｓ１はフィラー製造工程、Ｓ２はベース樹脂製造工程、Ｓ３はフィラー混錬樹脂製造工程、Ｓ４は樹脂ペレット製造工程、Ｓ５は射出成形工程、及び、Ｓ６は完成の各工程を示す。
【００２６】
Ｓ１における無機フィラー１は、熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料、例えば、アルミナで形成され、アルミナ粉末を樹脂バインダに混合し、金型や押出型を用いて成形したものを焼結させて作成される。また、アルミナ粉末を樹脂バインダに混合し、板状や鱗片状に加工した後、接合して作成しても良い。Ｓ２ではベース樹脂５となる熱可塑性樹脂を製造する。当該製造方法については周知であるため、ここでは省略する。
【００２７】
Ｓ３では、ベース樹脂５である熱可塑性樹脂と無機フィラー１とを混合して、当該無機フィラー１が熱可塑性樹脂中にほぼ一様に分布したフィラー混錬樹脂を製造する。ここで、熱可塑性樹脂としてはＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  Ｓｕｌｆｉｄｅ）を用い、前記無機フィラー１を５０ｗｔ％混合する。
【００２８】
ここで、ベース樹脂５である熱可塑性樹脂の材料をＰＰＳとしたが、当該樹脂に限定するものではなく、ＰＡ（Ｐｏｌｙ  Ａｍｉｄｅ）やＰＢＴ（Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ  ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ  ｂｕｔａｄｉｅｎｅ  ｓｔｙｒｅｎｅ）、ＬＣＰ（Ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｐｏｌｙｍｅｒ）、ＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｎｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）、また、それらのリサイクル材等、射出成形により成形可能な樹脂であれば適用は可能である。
【００２９】
なお、ここでは無機フィラー１の含有量を５０ｗｔ％としたが、含有量を本量に限定するものではなく、衝撃強度や静的強度等の成形品の物性低下や射出成形時の粘度増加に伴う成形性の低下に対して可能な範囲で含有量を増減することが可能である。ただし、極端に少ない場合、十分な熱伝導性能の向上につながらず、極端に多い場合には、衝撃強度や静的強度等が保てないため、無機フィラー１の含有量は通常１０ｗｔ％乃至６０ｗｔ％程度である。
【００３０】
次にＳ４で、上記フィラー混錬樹脂をペレットに加工する。当該ペレットとしては、通常、例えば、直径約３ｍｍで高さ３ｍｍ程度の円柱状のものが使用されるが、特にこの形状、または、大きさに限定されるものではない。熱可塑性樹脂成形品の形状、および、大きさ等を考慮し、製造すべき熱可塑性樹脂成形品の加工により適した形状、または、大きさにすることが望ましいことはいうまでもない。
【００３１】
最後にＳ５の上記ペレットを用いた射出成形工程を経て、Ｓ６で熱可塑性樹脂成形品が完成する。
【００３２】
以上説明したような無機フィラー１の形状は、金型や押出型を用いて成形したものを焼結させて作成したり、板状や鱗片状に加工した後、接合して作成していたが、平板状に加工した無機フィラーを上記記載した所定の角度に折り曲げることによっても作成できる。特に、折り曲げ位置、角度等に正確な加工を要求されていない場合は、平板状に加工した後、高速で壁等に衝突させることにより、主面同士が一定の角度を有する折り曲げ形状の板状体が得られる。
【００３３】
図５は、このようにして得られた無機フィラー１の一例を示す。図において、角が得られず、円弧を描く形状で折り曲げられた形態であるが、主面間の角度θ、ここでは、折り曲げられた状態で、内向となる面同士でより大きな平面を占める部分同士の角度が上記規定した範囲内であれば、ある程度の効果が得られる。この場合、より簡単な加工で無機フィラー１を製造できる利点がある。もちろん、角を有する形で折り曲げられた形態も得られる。
【００３４】
図６は、上記に示したアルミナを用いた無機フィラー１の含有率と熱伝導率の関係を示したグラフである。また、図７は、同無機フィラー１の含有率と衝撃強度との関係を示したグラフである。図から明らかなように熱伝導率と衝撃強度は相反する特性を持つため、無機フィラー１の含有量は、２０ｗｔ％乃至４０ｗｔ％程度が好ましく、より好ましくは３０ｗｔ％前後がよい。
【符号の説明】
【００３５】
１  無機フィラー、２  第一板状体、３  第二板状体、４  境界面、５  熱可塑性樹脂成形品、８  第一主面、９  第二主面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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