(57)【要約】【課題】音響整合層または放熱部材として有用な複合板とその製造方法を提供する。【解決手段】樹脂に黒鉛粒子および／または炭素繊維を均一に分散させ、押出成形機にて棒状に成形して黒鉛粒子および／または炭素繊維を配向させ、加熱硬化させ、非酸化性雰囲気中で焼成・炭素化し、所要の長さに切断する。または、硬化前に磁場を印加して黒鉛粒子および／または炭素繊維を厚み方向に配向させる。または、シャープ芯を複数本束ねて隙間に樹脂を注入し、硬化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の母材と、
前記母材中に分散し、板面に垂直な方向に配向した結晶性炭素粉とを含む複合板。
【請求項２】
前記母材はアモルファス炭素を含む請求項１記載の複合板。
【請求項３】
前記母材は硬化後の樹脂を含む請求項１または２記載の複合板。
【請求項４】
前記結晶性炭素粉は前記母材中に均一に分散している請求項１〜３のいずれか１項記載の複合板。
【請求項５】
前記結晶性炭素粉は、黒鉛粒子および／または炭素繊維である請求項１〜４のいずれか１項記載の複合板。
【請求項６】
樹脂に結晶性炭素粉を均一に分散させ、
前記結晶性炭素粉が均一に分散した樹脂を押出成形機にて棒状に成形し、
前記成形物を加熱して樹脂を硬化させ、
前記成形物を樹脂の硬化前または硬化後において所要の長さに切断して所要の厚みの板とすることを含む、複合板の製造方法。
【請求項７】
前記樹脂は炭素含有樹脂であり、前記樹脂が硬化された成形物を前記切断の前または切断の後において非酸化性雰囲気中で焼成・炭素化することをさらに含む請求項６記載の複合板の製造方法。
【請求項８】
樹脂に結晶性炭素粉を均一に分散させ、
前記結晶性炭素粉が均一に分散した樹脂に型内で厚み方向に磁場を印加し、
磁場を印加した樹脂を硬化させることを含む、複合板の製造方法。
【請求項９】
前記樹脂は炭素含有樹脂であり、前記硬化後において、非酸化性雰囲気中で樹脂を焼成・炭素化することをさらに含む請求項８記載の複合板の製造方法。
【請求項１０】
アモルファス炭素または硬化した樹脂の棒状の母材と、該母材の軸方向に配向し母材中均一に分散した結晶性炭素粉とを含む軸材を複数本束ね、
前記束ねられた軸材の隙間に樹脂を注入して軸材を相互に接着し、
前記隙間に注入された樹脂を硬化させることを含む、複合板の製造方法。
【請求項１１】
前記軸材は、樹脂に結晶性炭素粉を均一に分散させ押出成形機にて棒状に成形し非酸化性雰囲気中で焼成しまたは非焼成の軸材、鉛筆芯またはシャープ芯を含む請求項１０記載の複合板の製造方法。
【請求項１２】
前記結晶性炭素粉は、黒鉛粒子および／または炭素繊維である請求項６〜１１のいずれか１項記載の複合板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合板とその製造方法、特に、超音波診断装置において振動子からの波の反射を抑え測定対象層へ通過させる音響整合層または電子部品の放熱のための放熱部材として好適な複合板とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置において、振動子として用いられるＰＺＴの音響インピーダンスは約３５Ｍｒａｙｌ（メガレイル）であるのに対して、測定対象となる人体の音響インピーダンスは１〜２Ｍｒａｙｌと著しく異なっている。そのため、振動子と測定対象の中間的な音響インピーダンス値を有する整合層を介在させて超音波を効率よく透過させる必要がある。
【０００３】
下記特許文献１には、整合層として音響インピーダンスが１．７〜１．８程度のポリメチルペンテンを用いることが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、エポキシ樹脂のマトリクス中に、４．０ｇ／ｃｃ以下の密度を有する軽粒子と４．０ｇ／ｃｃを超える密度を有する重粒子とを分散させて３．０メガレイルから約７．０メガレイルの間の音響インピーダンスを有する整合層１０８を得ること、及び、エポキシ樹脂のマトリクス中に、ミクロンサイズの粒子とナノサイズの粒子とを分散させて約７．０メガレイルから約１４．０メガレイルの間の音響インピーダンスを有する整合層１１０を得ることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−３４１３８号公報
【特許文献２】特開２０１３−８１２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、超音波診断装置における音響整合層としての使用に適した新規な複合板とその製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の第２の目的は、電子部品の放熱のための放熱部材としての使用にも適した複合板とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、板状の母材と、前記母材中に分散し、板面に垂直な方向に配向した結晶性炭素粉とを含む複合板が提供される。
【０００９】
前記母材はアモルファス炭素を含む。
【００１０】
或いはまた、前記母材は硬化後の樹脂を含む。
【００１１】
前記結晶性炭素粉は前記母材中に均一に分散していることが好ましい。
【００１２】
前述の複合板は、樹脂に結晶性炭素粉を均一に分散させ、前記結晶性炭素粉が均一に分散した樹脂を押出成形機にて棒状に成形し、前記成形物を加熱して樹脂を硬化させ、前記成形物を樹脂の硬化前または硬化後において所要の長さに切断して所要の厚みの板とすることを含む方法により製造される。
【００１３】
前記樹脂は炭素含有樹脂であり、前記樹脂が硬化された成形物を前記切断の前または切断の後において非酸化性雰囲気中で焼成・炭素化することをさらに含むことが好ましい。
【００１４】
前述の複合板は、樹脂に結晶性炭素粉を均一に分散させ、前記結晶性炭素粉が均一に分散した樹脂に型内で厚み方向に磁場を印加し、磁場を印加した樹脂を硬化させることを含む方法によっても製造される。
【００１５】
前記樹脂は炭素含有樹脂であり、前記硬化後において、非酸化性雰囲気中で樹脂を焼成・炭素化することをさらに含むことが好ましい。
【００１６】
前述の複合板は、アモルファス炭素または硬化した樹脂の棒状の母材と、該母材の軸方向に配向し母材中に均一に分散した結晶性炭素粉とを含む軸材を複数本束ね、前記束ねられた軸材の隙間に樹脂を注入して軸材を相互に接着し、前記隙間に注入された樹脂を硬化させることを含む方法によっても製造される。
【００１７】
前記軸材は、樹脂に結晶性炭素粉を均一に分散させ押出成形機にて棒状に成形し非酸化性雰囲気中で焼成しまたは非焼成の軸材、鉛筆芯またはシャープ芯を含む。なお、鉛筆芯やシャープ芯は、樹脂に黒鉛を混合して均一に分散させ押出成形機で細線状に成形した後、熱処理して樹脂を炭素化したものである。
【００１８】
軸材の並べ方は、最密充填が望ましいが、一定の間隔を置いても良い。
【００１９】
前述の結晶性炭素粉は、例えば、黒鉛粒子および／または炭素繊維である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例１において得られた複合板の厚み方向の断面の顕微鏡写真である。
【図２】実施例１において得られた複合板の板面方向の断面の顕微鏡写真である。
【図３】厚み方向に磁場を印加しない比較例２において得られた複合板の厚み方向の断面の顕微鏡写真である。
【図４】厚み方向に磁場が印加される実施例２において得られた複合板の厚み方向の断面の顕微鏡写真である。
【図５】軸材の接着による実施例３において得られた複合板の断面の写真である。
【実施例】
【００２１】
押出成形による配向
＜実施例１＞
塩化ビニル樹脂３０部、フラン樹脂３０部、天然鱗状黒鉛（平均粒子径５μｍ）２０部、およびピッチ系黒鉛質炭素繊維（日本グラファイトファイバー製  ＨＣ６００−１５Ｍ、平均直径７μｍ、平均長さ１５０μｍ）２０部に、可塑剤としてジアリルフタレートモノマーを添加して、ヘンシェルミキサーで分散させた後、３本ロールにて混練し、ペレタイザーにてペレット化し成形用組成物を得た。
【００２２】
この成形用組成物を、口径２０mmのダイスを装着した押出成形機にて棒状に成形して炭素繊維を押出方向に配向させ、１８０℃のエアオーブン中で３時間処理して炭素前駆体とした。その後窒素ガス中で毎時１５℃で昇温し、１０００℃で３時間保持して焼成・炭素化し、φ１７mmの軸材を得た。得られた軸材の軸方向（すなわち、後述するように厚み方向）の音速を超音波プローブを使用した水浸法により測定し、密度を測定し、音速と密度から音響インピーダンスを（音速）×（密度）により計算した。結果を表１に示す。また、軸方向（厚み方向）および軸に垂直な面の方向（すなわち、後述するように板面方向）の断面の顕微鏡写真をそれぞれ図１および図２に示す。
得られた軸材を、焼成・炭素化の前または焼成・炭素化の後において所要の長さに切断することで、所要の厚みを有する複合板が得られる。この場合に、切断前の軸材の軸方向は切断後の複合板の「厚み方向」に相当し、軸に垂直な面の方向は複合板の「板面方向」に相当する。
＜比較例１＞
実施例１で得られた成形用組成物を、口径２．０mmのシート用ダイスを装着した押出成形機にてシート状に成形して炭素繊維を押出方向に配向させ、１８０℃のエアオーブン中で３時間処理し炭素前駆体とした。その後窒素ガス中で毎時１５℃で昇温し、１０００℃で３時間保持して焼成・炭素化し、１．５mm厚のシート材を得た。得られたシート材の厚み方向の音速を実施例１と同様にして測定し、密度を測定し、音速と密度から音響インピーダンスを（音速）×（密度）により計算した。結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
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図１および図２からわかるように、実施例１で得られる複合板において、黒鉛粒子および炭素繊維が複合板の厚み方向に配向しており、そのため、表１に示すように、音速の値が向上し、１１．６Ｍｒａｙｌという高い音響インピーダンス値が得られている。また、樹脂を焼成する前においても黒鉛粒子および炭素繊維が焼成後と同じ方向に配向していると考えられるので、焼成前の、硬化した樹脂を母材とする複合板も、音響整合層として有用であることが理解される。
【００２４】
磁場による配向
＜実施例２＞
フラン樹脂９０部および薄片状黒鉛（日本黒鉛製ＵＰ−５Ｎ平均粒子径５μまたは日本国黒鉛製ＵＰ−２０Ｎ平均粒子径２０μ）１０部に、硬化剤としてｐ−トルエンスルフォン酸３部とメタノール液３部を添加して、高速ホモミキサーを用いて室温化において充分撹拌しながら減圧脱泡操作を施したものを用意した。
【００２５】
この溶液を厚み２mmの型枠に流し込み、ＹＳ型可変式電磁石（玉川製作所製）にて１テスラの磁場を厚み方向に印加後に加熱硬化し、１８０℃のエアオーブン中で３時間処理し炭素前駆体とした。その後窒素ガス中で毎時１５℃で昇温し、１４００℃で３時間保持し、１．５mm厚のシート材を得た。
【００２６】
得られたシート材について、実施例１と同様に音速と密度を測定して音響インピーダンスの値を算出し、さらに、ＮＥＴＺＳＣＨ社製レーザーフラッシュ熱物性測定装置ＬＦＡ４５７にて厚み方向の熱伝導率を測定した。結果を表２に示す。また、平均粒子径５μｍの黒鉛を用いたものについて、厚み方向の断面の顕微鏡写真を図４に示す。
＜比較例２＞
実施例２と同様な工程で、ただし磁場を印加することなく、１．５mm厚のシート材を得た。結果を表２に示す。また、平均粒子径５μｍの黒鉛を用いたものについて、厚み方向の断面の顕微鏡写真を図３に示す。
【００２７】
【表２】
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図３および図４からわかるように、樹脂の硬化前に厚み方向に磁場を印加することで、黒鉛粒子が厚み方向に配向し、そのため、表２に示すように、音響インピーダンスの値が向上する。黒鉛の熱伝導率の異方性により、熱伝導率の値も向上するので、放熱部材としても有用である。また、樹脂を焼成する前においても黒鉛粒子が焼成後と同じ方向に配向していると考えられるので、焼成前の、硬化した樹脂を母材とする複合板も、音響整合層および放熱部材として有用であることが理解される。
【００２８】
黒鉛に代えて炭素繊維を用いても磁場を厚み方向に印加することにより炭素繊維が厚み方向に配向することが確認されている。
【００２９】
軸材の接着
＜実施例３＞
φ０．５のシャープ芯（ｕｎｉ  Ｎａｎｏ  Ｄｉａ  ０．５mm  ＨＢ）を束ね、その隙間に、フラン樹脂１００部に硬化剤としてｐ−トルエンスルフォン酸３部とメタノール液３部を添加して高速ホモミキサーを用いて室温化において充分撹拌したものを注入し、減圧脱泡操作で脱気し、加熱硬化後、１８０℃のエアオーブン中で３時間処理した。実施例１と同様にしてその厚み方向の特性を測定し算出した結果を以下の表３に示す。また、その断面の写真を図５に示す。
【００３０】
【表３】
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【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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