(57)【要約】【課題】  携帯電話やノート型パーソナルコンピューター、携帯型ゲーム機などの電子機器の高性能化により、製品内のＩＣからの発熱量が増大し、より高い放熱効果が必要とされている。また製品の小型化により製品内にクリアランスが取れなくなってきており、発熱体の近くに放熱体を設置する事が難しくなってきているため、熱を所望する方向に、少ない熱抵抗で効率よく別な場所へ伝えるための方策が望まれている。特に、同一回路内に複数の発熱体、放熱体がある場合も多く、出来るだけ少ない部品点数で、互いに熱の影響を与えず、しかし確実に熱を伝達する方法が望まれている。【解決手段】  鱗片状の熱伝導フィラーと樹脂バインダーを含む混合物を、少なくとも二つ以上の複数ゲートを備えた射出成形金型を使用し、射出成形することで得られた熱伝導異方性を有する成形体を用いることにより、上記課題を解決出来る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも鱗片状の熱伝導性フィラーと樹脂バインダーを含む混合物を射出成形する際、少なくとも二つ以上のゲート（注入口）をもつ射出成形用金型で成形された事を特徴とする熱伝導異方性を有する成形体。
【請求項２】
該樹脂バインダーに占める該熱伝導フィラーの含有率が３〜７０体積％である事を特徴とする請求項１記載の熱伝導異方性を有する成形体。
【請求項３】
成形体が射出成形された成形体から切り出されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の熱伝導異方性を有する成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話、パーソナルコンピューター、ゲーム機、携帯型端末等の電子部品に用いる熱伝導素材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から携帯電話、パーソナルコンピューター、ゲーム機、携帯型端末等に使用される熱伝導用部品としては、熱伝導の良い金属（アルミニウムなど）を使用したもの、また熱伝導フィラーをジェルや液体に分散させたもの、あるいは樹脂に分散させ、加工したシート状、プレート状のものが市販されている。
【０００３】
しかし、シート状のものは比較的柔軟に熱伝達方向を変えて放熱を行うことが出来るが、狭い空間で他に熱を漏らすことなく伝熱することができなかった。
【０００４】
また、液状、ジェル状のものは低分子シロキサン等による接点障害が問題視されているためガスを発生させない提案もされている。（特許文献１）
熱伝導部品を必要とする製品としては、携帯電話やノート型パーソナルコンピューター、携帯型ゲーム機など小型で高性能なＩＣを使用する電子機器が多く、発熱も多いため伝熱はとても重要な技術ファクターとなっている。また、これらの電子機器は小型であるがゆえに製品内部のクリアランスが小さいことが多く、放熱部分も必ずしも発熱体の近くに配置出来るとは限らない。
【０００５】
そこで発熱体から離れた放熱部分に熱を伝達するために熱伝導率の高い部材を使用し熱伝達を行う方法がとられているが、従来の熱伝導部材は、いずれも四方へ熱が伝達してしまい方向性を持たない場合が多い。
【０００６】
このため、ブロック状で熱を伝え、しかも熱の伝達方向を設定可能な方法も報告さてれている。（特許文献２）これは、熱伝達の方向を変えるため二つ以上の熱伝導物質を組み合わせたものである。
【特許文献１】特開２００４−３５７２１
【特許文献２】特開２００２−９３９６７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に記載の方法は、熱伝達の方向を変えるため二つ以上の熱伝導物質を組み合わせたものであるが、しかしこの方法では、熱伝導体の接合面が熱抵抗となり、熱の伝達効率が著しく低下する場合がある。
【０００８】
従って熱の伝達効率が低下しにくい一体品であり、かつそれ自体に熱伝導異方性を持たせることで熱の伝達を所望の方向に変えることが出来る熱伝導部品が望まれている。
【０００９】
また、小型で部品間のクリアランスが小さい製品内部であるがゆえに熱の滞留が他の部品に悪影響を及ぼしてしまう場合があり、また、熱伝達部品も熱伝達時に自身からの放熱があり、このため他の部品への熱の影響を避けるため熱を所望の方向へ伝達させるという方策が望まれている。
【００１０】
また、同一回路内に複数の発熱体、放熱体がある場合も多く、互いに熱の影響を与えないように、出来るだけ少ない部品点数で、しかし確実に熱を伝達する方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を改善したものである。
【００１２】
すなわち、本発明は、少なくとも鱗片状の熱伝導性フィラーと樹脂バインダーを含む混合物を射出成形する際、少なくとも二つ以上のゲート（注入口）をもつ射出成形用金型で成形することにより得られる熱伝導異方性を有する成形体である。
【００１３】
本発明はまた、樹脂バインダーに占める熱伝導フィラーの含有率が３〜７０体積％である熱伝導異方性を有する成形体である。
【００１４】
本発明はさらに、成形体が上述の射出成形された成形体から切り出されてなる熱伝導異方性を有する成形体である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、熱伝導性が高く、かつ熱伝導異方性を持った一体型の樹脂成形体であり、これにより熱を伝達させる方向を変えることが出来るため、熱伝導効率を低下させることなく異なる方向へ熱伝達を行うことが可能となる。
【００１６】
また、熱伝達を行う方向以外には放熱され難くする事が出来、クリアランスの小さな製品内においては他の部品への熱の影響を抑え、発熱体や放熱体の配置の自由度を向上させることができる。更に、複数の発熱体から複数の放熱体への熱の伝達が一つの熱伝導樹脂成形体によって行うことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
一般に、鱗片状の熱伝導性フィラーを樹脂に混ぜ成型する場合、フィラーは成形方向に層状に配向され、熱伝導も成形方向に高い値を示す。一方、層方向に対し垂直方向では熱伝導率は比較的低くなることがわかっている。このフィラーの配向による熱伝導の異方性を鋭意研究した結果、本発明者は特に射出成形で部分的にフィラーの配向方向が変わること、さらに、２つ以上の複数のゲートを持つ射出成形用の金型を使用することで樹脂と樹脂の合わせ目（いわゆるウエルドライン）の鱗片状の熱伝導性フィラーの配向が互いにほぼ平行になること、および、平行に配向された鱗片状の熱伝導性フィラーの間には樹脂が多く介在するため、このウエルドラインを横切る方向（ウエルドラインに対して垂直方向）への熱の伝達性が悪くなることを突き止めた。そして、射出成形では上記のように部分的に鱗片状の熱伝導性フィラーの配向方向が変わることに着目し、鱗片状の熱伝導性フィラーを用いることで熱伝導異方性を成形体に賦与出来ることを見出した。特に複数のゲートを持つ射出用金型において、射出成形時に部分的にフィラーの配向方向が変わること、および、ウエルドラインを横切る方向（ウエルドラインに対して垂直方向）への熱伝達性が悪くなること、また、熱伝導素材本来の熱伝導の良さからくる熱伝導異方性を利用することで、同一成形体内で熱の伝達方向を変えることが出来ることを見出した。さらに成形体単体を任意の形状に切削加工する事で同一成型体内での熱の伝達方向を変えることが出来ることを見出した。
【００１８】
本発明においては、熱伝導率の異方性を持っている樹脂成形体を熱伝達部材として使用することで上記課題を解決する事が出来る。
【００１９】
以下、詳細について説明する。
【００２０】
本発明の熱伝導異方性を有する成形体は、鱗片状の熱伝導性フィラーと樹脂バインダーを主体に混合したものを、射出成形用金型を用いて射出成形することにより得ることが出来る。
【００２１】
樹脂バインダーとしては、たとえば塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、エチレン−エチルアクリレート樹脂（ＥＥＡ）、ポリアミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニルスルフィド）、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）、ＥＶＯＨ（エチレン−ビニルアルコール共重合体）、ＣＰＥ（塩素化ポリエチレン）およびＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）などの熱可塑性樹脂があげられる。これらは単独で使用してもよく、２種類以上を組み合わせて混合して用いることも出来る。これらのうちでは、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体がコストの点から好ましいが、本発明は、特に柔らかい材料、例えばエチレン−エチルアクリレート樹脂（ＥＥＡ）などのような樹脂に熱伝導性フィラーを混合分散したペレットを成形材料として使用する場合に特に有効である。
【００２２】
また、熱伝導の良いフィラーとしては例えば黒鉛（グラファイト）、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、アルミナ、マグネシア、ベリリア、炭酸カルシウム、アルミニウム粉、銅粉、鉄粉、炭化チタン、ダイヤモンド、高分子フィルムを焼成しグラファイト化したフィルム粉砕品などを使用することが出来る。特に黒鉛（グラファイト）は熱伝導率が優れていることから熱伝導性フィラーとして一般的に多く用いられており、形状やコスト、入手のしやすさ、取り扱いの容易さなどからこの材料を使用することが最も望ましい。これらの材料のうち単独で用いるか、あるいは２種類以上を混合して用いても良い。
【００２３】
使用する熱伝導性フィラーとしては、鱗片状の熱伝導の良いフィラーを使用する事が必要である。ここで鱗片状とは、例えば厚みと直径の比が概ね１：５〜１：１００、縦横の長さの比が概ね１：１〜１：５０の形状である。球状のものでは熱伝導の異方性を与えることが出来ず効果を得ることが出来ない。
【００２４】
また、鱗片状でない他の形状を有する熱伝導の良いフィラーを通常５０重量％未満、好ましくは３０重量％未満の範囲で、鱗片状のフィラーと併用することもできる。しかし、５０重量％以上になると熱伝導の異方性が著しく低下する傾向にある。
【００２５】
なお樹脂バインダーに占める熱伝導フィラーの含有率は３〜７０体積％、さらには効果的でかつ配合のしやすさから３０〜６０体積％がより好ましい。前記樹脂フィラーの含有率が３体積％未満の場合、熱伝導率が低くなる傾向にあり、熱伝導樹脂としての性能を出すことが難しい。また、７０体積％を超える場合、熱伝導効果は高いが樹脂バインダーへ熱伝導フィラーを練り込む事が困難となる傾向にあり、成形体を形成すること自体が難しくなる。
【００２６】
熱伝導性フィラーと樹脂バインダーは、場合によっては分散剤、安定剤、滑剤などをヘンシェルミキサーなどでブレンドし、２軸混練機やロールミルなどの混練機により樹脂とフィラーの混練分散を行う。その後、粉砕機により樹脂混練物を粉砕してペレット化し、射出成形を行う。
【００２７】
射出成形条件は、それぞれ使用する樹脂に合わせた成形条件で良い。
【００２８】
なお、成形時の金型温度は１０〜９５℃が良い。射出成型のしやすさから３０〜８０℃がより好ましい。
【００２９】
また、射出成形用金型は、ごく一般的な成形用金型で良い。キャビティは、成形品を所望の形、大きさになるように合わせて設計されたもので良く、特別な金型である必要はない。
【００３０】
ただし、射出成形用金型のゲートは通常は一つで良いが、複数の発熱体から複数の放熱体へ熱を伝達させる等の目的に応じるためには、図２、図３のように少なくとも二つ以上設ける必要がある。現実的には２〜６箇所程度が好ましい。７カ所以上だと金型製作上制約が多く技術的にも難しくなる傾向があり、また、金型製作コストも高くなる傾向がある。
【００３１】
射出成形によって成型された成形体は、所望の形状に加工する事が出来るが、成形体を所望の大きさ、形状に加工する際、図２のように射出成形された成形体のウエルドライン部分を少なくとも１か所以上を含む部分を有するように加工する必要がある。発熱部分、放熱部分が複数箇所あり、伝熱を複数箇所に行う必要がある場合、必ずしもウエルドラインは１カ所とする必要はない。発熱部分と発熱部分の間にウエルドラインを挟んだレイアウトにする事によりお互いの熱を干渉し合うことなくそれぞれ異なった方向、または同方向の放熱部分へ伝熱させることが出来る。また、熱伝導フィラーの配向に合わせて形状を決定することで効率的に熱を伝達することが可能となる。
【００３２】
また、射出成形条件等により多少変化するが、射出成形された樹脂成形物のウエルドラインの熱を伝えにくい部分の有効幅Ｍは、図７に示すように、成形品全体の寸法Ｌに対しておよそ０．１〜３０％である。
【００３３】
設計形状は、たとえば図８示すようにＴ字型、Ｌ字型、プレート型、ブロック型、二叉型等自由に設計することが出来る。しかし、成形体の大きさは、最終的に使用される大きさに合わせて決定されるが、形状は加工のしやすさから、なかでも角ブロック形状または円柱ブロック形状が望ましい。
【００３４】
成形体を所望の大きさ、形状に加工する方法は、例えば図４の（ｌ）に示すように、成形体（ｌ−１）から成形体ブロック（ｌ―２）を切り出すようにする。この際、図４（ｌ−２）のようにウエルドラインを挟むように加工する。
【００３５】
また、例えば複数の発熱体や放熱体への熱の伝達が必要な場合には、図４（ｍ）に示すように、複数のウエルドラインを持つ成形体（ｍ―１）から成形体ブロック（ｍ―２）を切り出し、ウエルドラインを含むように加工すればよい。
【００３６】
射出成形された成形体からの切削加工は、特に制限はないが、エンドミルや旋盤、フライス盤などを使用しての機械加工でも良いし、柔らかい素材の樹脂を使用した場合、カッターなどでスライスして使用しても良い。必要な形状に合わせた加工方法を用いれば良い。
【００３７】
熱は、例えば図１に示すように成型体内を伝わるため、発熱体から放熱体までの距離により必要に応じた形状で成形するのがよい。またタテでもヨコでも使用することが出来る。
【００３８】
図５は、熱伝導樹脂使用例で、３点ゲート（ゲートは互いに対角の位置に設置）を持つ射出成形用金型を用いて成形し、切削加工したものである。下部と中央にウエルドラインがくるように加工し使用することで、二つの発熱体９から二つの放熱体１０へ熱を伝えることが出来る。また発熱体９と他の部品１１の間にウエルドラインを配置することにより、他の部品１１への熱の影響を少なくすることが出来る。
【００３９】
また図６は、熱伝導樹脂使用例で、３点ゲート（ゲートは互いに対角の位置に設置）を持つ射出成形用金型を用いて成形し、切削加工したものである。中央部にウエルドラインがくるように加工し使用することで、発熱体９から二箇所の放熱体１０へ熱を分けて伝えることが出来る。発熱体９で発生した熱量は、中央のウエルドラインにより下部へは伝わりにくい。
【００４０】
本発明によって作られた熱伝導性ブロックは例えば図１のような熱伝達の異方性を持つ。６の方向へは熱を伝え易いが、いわゆるウエルドラインを横切る方向（ウエルドラインに対して垂直方向）へは熱の伝達は非常に少ない。これにより特定方向の熱伝達を抑え熱伝達に異方性を持たせることが可能となり、電子部品内での熱伝達径路の自由度が上がり効率的に熱伝達を行え、また他部品への熱の影響を抑える事が出来る。
【００４１】
前記のごとく、本発明により発熱体から放熱体まで伝熱をする熱伝導性樹脂を提供することができるが、以上は一例であり本発明を制限するものではない。
【実施例】
【００４２】
以下に実施例と比較例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。
【００４３】
なお、熱伝導率はホットディスク社製のＴＰＳ２５００測定装置を用い、ホットディスク法により各５回測定し、その平均値とした。
（実施例１）
樹脂バインダーとしてエチレン−エチルアクリレート樹脂（日本ユニカー製ＰＥＳ−２２０）を５０体積％（滑剤、可塑剤、安定剤を含む）、熱伝導性フィラーとして黒鉛（日本黒鉛工業（株）製ＣＢ−１５０鱗片状）を５０体積％とし、これらを混合しロールミルにて溶融混練した。混練物をペレット状に粉砕した物を射出成形機により図４（ｌ―１）に示すような形状（φ４０×２０ｍｍ）に成形加工した。
【００４４】
ゲートは二つ対角線上に設置した射出成形金型を用いた。
【００４５】
図４（ｌ―１）の成形物の中心部分のウエルドラインを含むように図４（ｌ―２）のような形状（熱伝導率測定用サンプル形状）（１０×１０×１０ｍｍ）に切削加工し熱伝導率を測定した。（ｎ＝５）
結果を表１に示す。
【００４６】
【表１】
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（実施例２）
樹脂バインダーとしてエチレン−エチルアクリレート樹脂（日本ユニカー製ＰＥＳ−２２０）を５０体積％（滑剤、可塑剤、安定剤を含む）、熱伝導性フィラーとして黒鉛（日本黒鉛工業（株）製ＣＢ−１５０鱗片状）を５０体積％とし、これらを混合しロールミルにて溶融混練した。混練物をペレット状に粉砕した物を射出成形機により図４（ｍ―１）に示すような形状（φ４０×２０ｍｍ）に成形加工した。
【００４７】
ゲートは三つ、０°方向から左右４５°に二つ、１８０°方向に一つの角度を付けて設置した射出成形金型を用いた。
【００４８】
図４（ｍ―１）の成形物の中心部分のウエルドラインを含むように図４（ｍ―２）のような形状（熱伝導率測定用サンプル形状）（１０×１０×１０ｍｍ）に切削加工し熱伝導率を測定した。（ｎ＝５）
結果を表１に示す。
【００４９】
（比較例１）
樹脂バインダーとしてエチレン−エチルアクリレート樹脂（日本ユニカー製ＰＥＳ−２２０）を５０体積％（滑剤、可塑剤、安定剤を含む）、熱伝導性フィラーとして黒鉛（日本黒鉛工業（株）製ＬＢ−ＢＧ球状）を５０体積％とし、これらを混合しロールミルにて溶融混練した。混練物をペレット状に粉砕した物を射出成形機により図４（ｌ―１）に示すような形状（φ４０×２０ｍｍ）に成形加工した。
【００５０】
ゲートは二つ対角線上に設置した射出成形金型を用いた。
【００５１】
図４（ｌ―１）の成形物の中心部分のウエルドラインを挟むように図４（ｌ―２）のような形状（熱伝導率測定用サンプル形状）（１０×１０×１０ｍｍ）に切削加工し熱伝導率を測定した。（ｎ＝５）
結果を表１に示す。
【００５２】
実施例１および２は熱伝導率が高く、かつ、熱伝導異方性があることを示しているが、比較例１は熱伝導性異方性がほとんど無く、このことから鱗片状の熱伝導性フィラーを混合して２つ以上の複数ゲートを備えた金型から射出成形した成形体の効果が明確に現れている。また、ウエルドラインの熱の伝達性の悪さを利用した異方性の効果も明確に現れている。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】熱伝導樹脂成形品と切削加工された成形体のフィラー配向イメージと熱伝導イメージ
【図２】ゲート位置とゲート数、フィラー配向イメージとパーティングラインの例
【図３】ゲート位置とゲート数、フィラー配向イメージとパーティングラインの例
【図４】熱伝導率測定場所と測定方向
【図５】熱伝導樹脂使用例
【図６】熱伝導樹脂使用例
【図７】ウエルドラインの熱遮断範囲例
【図８】熱伝導樹脂ブロック加工例
【符号の説明】
【００５４】
１  熱伝導樹脂成形体
２  射出ゲート
３  切削加工された成形体
４  フィラー（フィラー配向層）
５  樹脂部
６  熱伝達方向
７  ウエルドライン
８  基盤
９  発熱体
１０  放熱体（ヒートシンク）
１１  他の部品
ａ  射出成形による成形体
ｂ  切り出したブロック
ｃ  熱伝導樹脂成形例
ｄ  熱伝導樹脂成形例
ｅ  熱伝導樹脂成形例
ｆ  熱伝導樹脂成形例
ｇ  熱伝導樹脂成形例
ｈ  熱伝導樹脂成形例
ｉ  熱伝導樹脂成形例
ｊ  熱伝導樹脂成形例
ｋ  熱伝導樹脂成形例
ｌ―１  熱伝導樹脂加工例（ゲート二つ）
ｌ−２  熱伝導測定位置と測定方向
ｍ―１  熱伝導樹脂加工例（ゲート三つ）
ｍ−２  熱伝導測定位置と測定方向
ｎ―１  熱伝導樹脂加工例（ゲート一つ）
ｎ−２  熱伝導測定位置と測定方向
ｏ  熱伝導樹脂加工例
ｐ  熱伝導樹脂加工例
ｑ  熱伝導樹脂加工例
ｒ  熱伝導樹脂加工例
ｓ  熱伝導樹脂加工例
ｔ  熱伝導樹脂加工例
ｕ  熱伝導樹脂加工例
ｖ  熱伝導樹脂加工例
ｗ  熱伝導樹脂加工例
Ａ  熱伝導測定方向
Ｂ  熱伝導測定方向
Ｃ  熱伝導測定方向
Ｄ  熱伝導測定方向
Ｅ  熱伝導測定方向
Ｆ  熱伝導測定方向
Ｇ  熱伝導測定方向
Ｈ  熱伝導測定方向
Ｉ  熱伝導測定方向
Ｌ  成形品幅
Ｍ  ウエルドラインの熱の非伝導有効範囲
【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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【図８】
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