(57)【要約】【課題】  電気絶縁性を低下させることなく、機械的強度に優れ、且つ熱伝導性の高いボビンを提供する。【解決手段】  熱硬化性樹脂成形材料を成形してなるボビンであって、上記熱硬化性樹脂成形材料全体に対して、熱硬化性樹脂１０〜４０重量％、ウォラストナイト５〜３０重量％、アルミナ４０〜８０重量％を含有する熱硬化性樹脂成形材料を成形してなることを特徴とするボビン。  上記熱硬化性樹脂成形材料において、好ましくは上記ウォラストナイトは平均長さが０．１〜１００μｍの針状であり、上記アルミナは、平均粒径が０．１〜７０μｍの球状である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂成形材料を成形してなるボビンであって、
前記熱硬化性樹脂成形材料全体に対して、熱硬化性樹脂１０〜４０重量％、ウォラストナイト５〜３０重量％、アルミナ４０〜８０重量％を含有する熱硬化性樹脂成形材料を成形してなることを特徴とするボビン。
【請求項２】
前記ウォラストナイトは、平均長さが０．１〜１００μｍの針状である請求項１に記載のボビン。
【請求項３】
前記アルミナは、平均粒径が０．１〜７０μｍの球状である請求項１又は２に記載のボビン。
【請求項４】
前記熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂である請求項１ないし３のいずれかに記載のボビン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボビンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱硬化性樹脂成形材料は、耐熱性、機械的強度、及び、電気絶縁性に優れ、低コストの材料として、各種分野、用途において幅広く用いられている。これらの成形品の中で、ボビンは電気部品として様々な電気機器の内部に用いられ、主にトランス部品やコイル部品として使用されている。
近年、これらの部品の小型化、高出力化に伴い、トランスやコイルに熱が発生しやすくなっており、トランスやコイルへの蓄熱が起こることによりトランスやコイル自身の故障につながるだけでなく、トランスやコイルから発生する熱により周囲の機器に悪影響を及ぼすことが懸念されている。このような問題に対しては、熱放散性の高い熱硬化性樹脂成形材料を用いることによって成形品の熱伝導性を向上させ、トランスやコイルから発生する熱を放散させることにより、トランスやコイルとして安定した機能が発揮できると考えられる。
【０００３】
こうした問題に対し、熱伝導性の高い成形品を得られる樹脂成形材料が求められるが、従来、グラファイトやカーボン繊維といった基材を用いることで成形品の熱伝導性を向上させていた。
しかしながら、これらの基材は導電性であることから絶縁抵抗を大幅に低下させてしまうため、電気絶縁性を必要とする電気電子部品であるボビンには適用できなかった。
【０００４】
また、電気絶縁性を低下させずに熱伝導性と機械的強度を満足させるために、チッ化ホウ素等の高熱伝導性充填材とゴム成分を樹脂成形材料に加えて用いる方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、チッ化ホウ素等の高熱伝導性充填材とゴム成分により熱伝導性と機械的強度は向上するが、ゴム成分を含有することにより、得られた成形品については長期の耐熱性が低下すること、そのため耐熱性の要求される樹脂化部品には使用が困難という問題があった。
【０００５】
さらに上記の問題点を解決するために、チッ化ホウ素等の高熱伝導性充填材と、補強材としてガラス繊維を樹脂成形材料に加えて用いる方法がある（例えば、特許文献２参照。）。
しかしながら、低熱伝導性のガラス繊維を含有することにより、成形品の熱伝導性が低下するといった問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２２０５０７号公報
【特許文献２】特開２００７−０７７３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、電気絶縁性を低下させることなく、機械的強度に優れ、且つ熱伝導性の高いボビンを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記の点について鋭意検討を行った結果、熱硬化性樹脂、ウォラストナイト、及びアルミナを所定量含有する熱硬化性樹脂成形材料を用いることで、電気絶縁性を損なうことなく、高い熱伝導性を有し、機械的強度に優れたボビンが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
このような目的は、以下の本発明（１）〜（４）により達成される。
（１）熱硬化性樹脂成形材料を成形してなるボビンであって、
上記熱硬化性樹脂成形材料全体に対して、熱硬化性樹脂１０〜４０重量％、ウォラストナイト５〜３０重量％、アルミナ４０〜８０重量％を含有する熱硬化性樹脂成形材料を成形してなることを特徴とするボビン
（２）上記ウォラストナイトは、平均長さ０．１〜１００μｍの針状である上記（１）項記載のボビン
（３）上記アルミナは、平均粒径０．１〜７０μｍの球状である上記（１）又は（２）項記載のボビン
（４）上記熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂である上記（１）ないし（３）項のいずれかに記載のボビン。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、熱硬化性樹脂、ウォラストナイト、及びアルミナを所定量含有する熱硬化性樹脂成形材料を用いることで、電気絶縁性を損なうことなく、高い熱伝導性を有し、機械的強度に優れたボビンを得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、本発明のボビンに用いられる熱硬化性樹脂成形材料（以下、単に「成形材料」ということがある）について説明する。
本発明で用いられる成形材料は、成形材料全体に対して、熱硬化性樹脂１０〜４０重量％、ウォラストナイト５〜３０重量％、アルミナ４０〜８０重量％を含有するものである。
【００１２】
本発明で用いる熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、メラミンフェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂などが挙げられ、特に限定はされないが、成形品の機械的強度、耐熱性の点でフェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂が好適である。
【００１３】
本発明で用いるフェノール樹脂は、フェノール類とアルデヒド類とを酸性触媒の存在下で反応させて得られるノボラック型フェノール樹脂（以下、ノボラック樹脂という）、或いはフェノール類とアルデヒド類とを塩基性触媒の存在下で反応させて得られるレゾール型フェノール樹脂（以下、レゾール樹脂という）を単独で使用あるいは併用することができる。ノボラック樹脂単独で用いる場合は、硬化剤としてヘキサメチレンテトラミンを、通常の場合と同様に、ノボラック樹脂に対し１０〜２０重量％用いる。またノボラック樹脂とレゾール樹脂を併用する場合は、ヘキサメチレンテトラミンを用いなくてもよい場合がある。
【００１４】
本発明で用いる不飽和ポリエステル樹脂とは、無水マレイン酸のような不飽和二塩基酸及び無水フタル酸のような飽和二塩基酸と、グリコール類とを反応させ縮合したものをスチレンなどの重合性モノマーに溶解した熱硬化性樹脂である。
本発明で用いる不飽和ポリエステル樹脂としては特に限定されないが、原料に無水フタル酸を用いた最も一般的なオルソタイプ、イソフタル酸を用いたイソタイプ、また、テレフタル酸を用いたパラタイプのものがあり、また、これらのプレポリマーも含まれる。これ
らの１種を単独で使用または２種以上を併用することができる。
【００１５】
本発明で用いるジアリルフタレート樹脂としては特に限定されないが、オルソタイプ、イソタイプ、パラタイプのものがあり、また、これらのプレポリマーも含まれる。これらの１種を単独で使用または２種以上を併用することができる。
これらの中でも、成形品に高い耐熱性が要求される場合は、イソタイプまたはパラタイプのものを使用することが好ましい。
また、ジアリルフタレート樹脂の性状については特に限定されないが、ＧＰＣ測定による重量平均分子量１５０００〜５００００、ヨウ素価５５〜９０、軟化点５０〜８５℃のものが好ましい。かかる性状のジアリルフタレート樹脂は、成形性が良好で、成形品の電気的特性に優れた成形材料を得ることができる。
【００１６】
本発明で用いるエポキシ樹脂としては特に限定されないが、例えば、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ビスフェノールＡＤ型などのビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型などのノボラック型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールＡ型、臭素化フェノールノボラック型などの臭素化型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂などが挙げられる。これらの１種を単独で使用または２種以上を併用することができる。
これらの中でも、比較的低分子量のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂などが好ましい。これにより、成形材料製造時の作業性や成形性を良好なものにすることができる。また、成形品に耐熱性が要求される場合は、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂が好ましく、特に、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。
【００１７】
本発明で用いる成形材料中、熱硬化性樹脂の含有量は、成形材料全体に対して１０〜４０重量％である。熱硬化性樹脂の含有量を上記下限値以上とすることで、成形材料を効率的に製造できるとともに、成形時の流動性を確保し、成形性を良好なものとすることができる。また、上記上限値以下とすることにより、ウォラストナイトやアルミナなどの配合成分間に存在する熱硬化性樹脂による有機層を好適な厚みとし、断熱作用が発生するのを抑え熱伝導性を向上させることができる。
熱硬化性樹脂の含有量は、成形性や成形品の熱伝導性を考慮すると、好ましくは２０〜３０重量％である。
【００１８】
本発明で用いる成形材料中、ウォラストナイトの含有量は、成形材料全体に対して５〜３０重量％である。ウォラストナイトの含有量を上記下限値以上とすることで、成形品の熱伝導性と機械的強度を向上させることができる。また、上記上限値以下とすることにより、成形品の熱伝導性向上効果の低下を抑制することができる。これは、ウォラストナイトの熱伝導性が、併用されるアルミナに比べると小さいためである。
ウォラストナイトの含有量は、成形品の機械的強度や熱伝導性を考慮すると、好ましくは１０〜２０重量％である。
【００１９】
本発明で用いられるウォラストナイトは、通常の熱硬化性樹脂成形材料に配合されるものを用いることができるが、粒子の大きさ、形状としては、平均長さが０．１〜１００μｍの針状であるものを好ましく用いることができる。
平均長さを上記下限値以上とすることにより、熱伝導性の向上効果を高めることができる。また、上記上限値以下とすることにより、成形時の成形材料の溶融粘度上昇を抑えることができる。
ウォラストナイトの平均長さは、成形品の機械的強度や熱伝導性を考慮すると、さらに好ましくは５〜６５μｍである。
【００２０】
本発明で用いる成形材料中、アルミナの含有量は、成形材料全体に対して４０〜８０重量％である。アルミナの含有量を上記下限値以上とすることで、成形品の熱伝導性を大きく向上させることができる。また、上記上限値以下とすることにより、成形材料を効率的に製造できるとともに、成形時の流動性を確保し、成形性を良好なものとすることができる。
アルミナの含有量は、成形品の熱伝導性を考慮すると、好ましくは４５〜６５重量％である。
【００２１】
本発明で用いられるアルミナは、通常の熱硬化性樹脂成形材料に配合されるものを用いることができるが、粒子の大きさ、形状としては、平均粒径が０．１〜７０μｍの球状であるものを好ましく用いることができる。
平均粒径を上記下限値以上とすることにより、熱伝導性の向上効果を高めることができる。また、上記上限値以下とすることにより、成形時の成形材料の溶融粘度上昇を抑えることができる。
アルミナの平均粒径は、成形品の機械的強度や熱伝導性を考慮すると、さらに好ましくは５〜４５μｍである。
【００２２】
本発明で用いられる成形材料は、ウォラストナイトとアルミナとを所定量配合することを特徴とする。これにより、成形品に高い熱伝導性を発現させることができる。
特に、針状のウォラストナイトと球状のアルミナとを組み合わせて所定量配合することにより、その効果をより高いものとすることができる。
熱伝導性を向上させるためには、成形品の中で高熱伝導性の充填材ができるだけ長くつながる構造が必要であり、そのためには、長い形状の充填材を使用するか、あるいは互いの充填材をできるだけ緻密に接触させて使用することが必要である。
本発明で用いる成形材料においては、ウォラストナイトとアルミナとを最適の範囲内で併用することにより、高熱伝導性を発現させることができる。特に、好ましくは針状のウォラストナイトと球状のアルミナを組み合わせて含有することにより、針状のウォラストナイトが球状のアルミナ間に最適に位置し、より緻密なパッキングを実現し、充填材間の熱伝導を極めて良好に行うことができる。しかも、針状の充填材も必要以上に添加しないため、成形時に材料の溶融粘度の上昇を抑制することができる。
【００２３】
本発明で用いる成形材料には所望により、従来の熱硬化性樹脂成形材料に使用される各種添加剤、例えば硬化剤、硬化触媒の他、ステアリン酸亜鉛やステアリン酸カルシウムなどの離型剤、充填材と熱硬化性樹脂との接着性を向上させるための密着性向上剤、カップリング剤、成形品の着色のための着色顔料、着色染料、溶剤、ガラス繊維等を配合することができる。密着性向上剤、カップリング剤については、樹脂との密着性を良好にし、機械的強度を向上させる目的で、一般的にはガラス繊維のみに処理を行うが、本発明で用いる成形材料に含有されるアルミナのような高熱伝導性充填材及びウォラストナイトのような補強材についても密着性向上剤、カップリング剤による表面処理の効果が期待できる。
【００２４】
本発明で用いる成形材料の製造方法は特に限定されないが、例えば、上記の各成分を所定の配合割合で混合し、加圧ニーダー、二軸押出機、加熱ミキシングロール等で加熱溶融混練した混練物をパワーミル等で粉砕して製造される。
【００２５】
次に、本発明のボビンについて説明する。
本発明のボビンは、以上に説明した成形材料を成形してなるものである。
【００２６】
本発明のボビンは、上記成形材料を用いて、例えば射出成形により得ることができる。
【００２７】
本発明のボビンは、本発明の成形材料を成形してなるものであり、熱放散性が高いものである。
本発明のボビンを用いると、ボビンのマグネットワイヤーより発生する熱がボビン本体を伝わり、外気へ放熱しやすくなる。このため、ボビンの最高到達温度が低くなることによりボビンの過熱による故障を防いだり、さらなる高出力化を行うことができると考える。また、熱放散性の効果を高めるためにボビンを設置する系を開放系にしたり、空冷装置をつけて冷却を促進すると、さらなる熱放散効果が期待できる。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこの実施例によって限定されるものではない。
表１に製造例、比較製造例の成形材料組成について示した。
【００２９】
本製造例及び比較製造例に用いた各配合物は以下の通りである。
フェノール樹脂（レゾール型）：住友ベークライト社製スミライトレジンＰＲ（重量平均分子量７５０）
フェノール樹脂（ノボラック型）：住友ベークライト社製スミライトレジンＰＲ（重量平均分子量８５０）
ジアリルフタレート樹脂（イソ型）：ダイソー社製ダイソーイソダップ（重量平均分子量４００００、ヨウ素価８０、軟化点７５℃）
ヘキサメチレンテトラミン：住友精化社製ウロトロピン
ジクミルパーオキサイド：日本油脂社製パークミル
ガラス繊維：日本板硝子社製チョップドストランドＲＥＳ
グラファイト：平均粒径４０μｍの土状黒鉛
ウォラストナイト（平均長さ１０μｍ）：平均長さ１０μｍの針状ウォラストナイト
アルミナ（平均粒径１０μｍ）：平均粒径１０μｍの球状アルミナ
着色剤：カーボンブラック
離型剤：ステアリン酸
硬化触媒：消石灰
【００３０】
１．成形材料の製造（製造例１〜５、比較製造例１〜８）
これらを表１に示す割合で配合し、７０℃の加熱ミキシングロール間で３分間混練後、次いで、シート状にして冷却したものを粉砕して顆粒状の成形材料とした。
【００３１】
【表１】
2011111540.tif 000002
【００３２】
下記の（１）〜（３）の特性を測定するための試験片は、得られた成形材料を用いて、（１）〜（２）については移送成形、（３）については圧縮成形により得られた成形品からの切削により作成した。成形条件は、移送成形、圧縮成形ともに金型温度１７５℃、硬化時間３分間とした。成形品による評価結果を表２に示した。
【００３３】
（１）曲げ強さ
機械的強度として、ＪＩＳ  Ｋ  ６９１１「熱硬化性プラスチック一般試験方法」に準拠して曲げ強さを測定した。
（２）絶縁抵抗
電気絶縁性として、ＪＩＳ  Ｋ  ６９１１「熱硬化性プラスチック一般試験方法」に準拠して絶縁抵抗を測定した。
（３）熱伝導率
熱放散性として、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×１０ｍｍの試験片を迅速熱伝導率計（京都電子工業社製）にてプローブ法により熱伝導率を測定した。
【００３４】
評価結果を表す記号は以下の通りである。（○：適、×：不適）
（１）曲げ強さ（ＭＰａ）  １００≦：○、＜１００：×
（２−１）絶縁抵抗（常態）（Ω）  １×１０１０≦：○、＜１×１０１０：×
（２−２）絶縁抵抗（煮沸）（Ω）  １×１０９≦：○、＜１×１０９：×
（３）熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）  １≦：○、＜１：×
【００３５】
【表２】
2011111540.tif 000003
【００３６】
製造例１〜５で得られた成形材料を成形してなる成形品は、電気絶縁性、機械的強度を損なうことなく、良好な熱伝導性を有するものが得られた。
【００３７】
比較製造例１ではアルミナを配合せず、グラファイトが配合添加されているために電気絶縁性、機械的強度が損なわれ、比較製造例２ではウォラストナイト、アルミナを配合せず、ガラス繊維が配合されているために熱伝導率が向上せず、比較製造例３ではウォラストナイトを配合せず、補強材として低熱伝導性のガラス繊維が添加されているために熱伝導率が向上せず、比較製造例４ではウォラストナイトが所定量よりも少ないために機械的強度が損なわれ、熱伝導率の向上が小さく、比較製造例５ではウォラストナイトが所定量よりも多いために熱伝導率の向上が小さく、比較製造例６では樹脂が所定量より多いために熱伝導率が向上せず、比較製造例７では樹脂が所定量より少ないために成形材料の混練ができず、比較製造例８ではアルミナが所定量よりも少ないために熱伝導率が向上しなかった。
【００３８】
２．ボビンの成形
成形材料の評価結果より、熱伝導率の高い製造例３（熱伝導率１．５W／ｍK）の成形材料を用いて成形したボビンと、熱伝導率の低い比較製造例２（熱伝導率０．５W／ｍK）の成形材料を用いてボビンを成形した。成形したボビンの、熱放散性の試験を実施した。
【００３９】
（実施例）
製造例３で得られた成形材料を用いて、射出成形装置を用い、シリンダー温度８０℃、金型温度１７５℃、射出時間１０秒間、硬化時間５０秒間で成形し、寸法５０ｍｍ×３０ｍｍ×６０ｍｍのボビンを成形した。
【００４０】
（比較例）
比較製造例２で得られた成形材料を用いた以外は、実施例１と同様にしてボビンを成形した。
【００４１】
（ボビン評価方法）
実施例および比較例で得られたボビンを用いて、ボビンのマグネットワイヤーを巻く部分にセラミックヒーター（坂口電熱社製マイクロセラミックヒーター「ＭＳ−３」）を貼り付け、ヒーターに１５Ｖの電圧（１５Ｖ時のセラミックヒーターの到達温度は１３０℃）をかけて１０分間加熱した。加熱中のボビンをサーモグラフィーにて観察し、セラミックヒーターの最高到達温度を測定した。
実施例のボビンは、セラミックヒーターの最高到達温度が１０４℃であったのに対して、比較例のボビンは、１１８℃まで上昇した。これにより、実施例の本発明のボビンは、比較例のボビンと比較して熱伝導率が高く、熱放散性に優れたものであることが確認された。
【００４２】
熱伝導率の高いボビンを用いることにより、セラミックヒーターの最高到達温度が低くなった。このことから、実際にボビンを組んだとき、ボビンにまかれたマグネットワイヤーからの発熱を低減できる効果が期待でき、それによりボビンの温度を下げることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明によって得られるボビンは、熱伝導率に優れており、従来に比べ高出力にも耐えられるものである。このため、このボビンを用いてコイル、トランスなどの部品としたものは、電気電子部品、自動車用部品、汎用機械部品等の放熱が必要な部品に好適に適用されるものである。