2020年1月1日発行

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車載電装デバイス向けエポキシ樹脂
はじめに
近年、CO2 排出量の規制強化に伴う軽量化や電動化をはじめ、安全性を考慮した先進運転支援システムの導入や自動運転など、自動車を取り巻く環境が大きく変化しており、自動車の構造や仕組みも同様に変化しつつあります。
これまでにも自動車には ECU、インバーター、コンバーター、モーターをはじめとした電装部品に多くのエポキシ樹脂が使用されてきましたが、今後は自動車の電動化や自動運転による電装部品の搭載数増
加、軽量化に伴う溶接代替用途、自動車の構造変化に伴う新たな部品の搭載によって自動車に使用されるエポキシ樹脂の量も増加すると予測されます。
エポキシ樹脂は自動車の中でも様々な箇所、用途に使用されており、使用される箇所や用途によって要求される特性が異なります。
このような中で私たちは、それぞれの要求特性に対して商品開発を行ってまいりました。本稿ではその商品の特長およびコンセプトについてご紹介いたします。

目次

はじめに•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••14. 高放熱エポキシ樹脂について•••••••••••••••••••••5

1. 要求特性について•••••••••••••••••••••••••••••••••24-1. ThreeBond2270Jについて•••••••••••••••••52. 高耐熱エポキシ樹脂について•••••••••••••••••••••24-2. 特性値•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••52-1. ThreeBond2237Jについて•••••••••••••••••25. 難燃性エポキシ樹脂について•••••••••••••••••••••62-2. 特性値•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••25-1. ThreeBond2272Fについて•••••••••••••••••73. 低線膨張率エポキシ樹脂について•••••••••••••••35-2. 特性値•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••73-1. ThreeBond2235Lについて•••••••••••••••••4おわりに•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••83-2. 特性値•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••411.要求特性について

1 2 0 ℃である中、実際に自動車に使用されるエポキシエポキシ樹脂は自動車の様々な箇所に使用されて樹脂の環境温度は 1 2 0 ℃以上になる箇所もあります。

おり、使用箇所の環境によって要求特性が異なります。

このように接 着 箇 所が接 着 剤のガラス転 移 温 度 以 上の高温環境下にさらされると、剥がれ等の不具合が生じてしまう可能性があります。
そこで、高 温 環 境 下での接 着 強さの低 下を防ぐためにガラス転 移 温 度を高くし、高 温 環 境 下においても高い 弾 性 率を保 持して 高い 接 着 強さを維 持 する
ThreeBond 2 2 3 7 Jを開発しました。

図－１ エポキシ樹脂使用部品
エンジン付近や部品の駆動によって高温にさらされる

2－1.ThreeBond2237J についてような箇所に使用される場合は、高温でも接着強さが維持できるよう、高い耐熱性が求められます。

ThreeBond 2 2 3 7 J（ 以 下 ThreeBondをTBと略します）は、下記のような特長を有した一液性加熱硬化型

温 度 変 化が大きい箇 所に使用される場 合には、線エポキシ配合樹脂です。

膨張率の低い樹脂が求められます。

①高いガラス転移温度を有する。

発熱した熱を逃がす必要がある箇所には、高い放熱②引張せん断接着強さ、はく離接着強さに優れる。

特性が求められます。
また、使用される箇所によっては発火時の燃え広がり2－2. 特性値を抑制するため、難燃性が要求されることもあります。
次項以降、それぞれの特性を有する商品について

TB 2 2 3 7 J の特 性 値を表－1 に、各 種 材 質 への接着強さを表－2 に示します。

ご紹介します。

表－ 2 に示すとおり、TB 2 2 3 7 Jは幅広い材質に対して高い接着強さを発現します。

2.高耐熱エポキシ樹脂について

TB 2 2 3 7 Jはガラス転移温度が 1 5 0 ℃と高く、図－２

接着剤はガラス転移温度を境に接着強さが大きく変に示す通り、高温領域下にて接着強さを維持すること化し、通常ガラス転 移 温 度 以 上の温 度では接 着強さが可能です。また、1 5 0 ℃環境下では 2 5 0 0 h 経過後が大きく低下してしまいます。

も接着強さの低下は見られず、高い耐熱特性を有した一般的なエポキシ樹脂のガラス転移温度が 1 0 0 ～材料と言えます（図－３）。

表－１ TB2237J 特性値
試験項目

特性値

試験方法備考外観－白色

3TS-2100-020

－

粘度

Pa・s

115

3TS-2F00-007

せん断速度：5.0s-1率%

1.6

3TS-2600-001－

引 張 せ ん 断 接 着 強さ

MPa

26

3TS-4100-011

Fe/Fe（SPCC-SD）

T 型 はく 離 接 着 強 さ

kN/m

3.6

3TS-4130-021

Fe/Fe（SPCC-SD）ガ ラ ス 転 移 温 度℃

150

硬化

収

縮

線 膨 張 係 数（ α 1 ）線 膨 張 係 数（ α 2 ）貯蔵弾性率（E’）

25℃
200℃

損失弾性率（E”）
ピーク
損失正接（tanδ）
ピーク
硬2単位

化

条件ppm/℃
GPa℃
－30

TMA
3TS-4740-001

12120～60℃
260～300℃

8.30.25177

3TS-4730-001

DMA 1Hz－－186
120℃×60min

表－２ TB2237J 各種材質への接着強さ
材質

引張せん断接着強さ

T 型はく離 接 着 強さ

単位

Fe/Fe
（SPCC-SD）

26

Fe/Fe
（SPCC-SB）
SUS/SUS（SUS304）
Cu/Cu（1100P）
Al/Al（A1050P）
PPS/PPS
エポキシガラス/エポキシガラス
Fe/Fe（SPCC-SD）
Al/Al（A1050P）

232418155.3
133.62.4

引張せん断接着強さ（MPa）

引張せん断接着強さ（MPa）2520151050050100

特性値

150200250300MPa

kN/m

3TS-4100-011

3TS-4130-021

408306204102
引張せん断接着強さ
T型はく離接着強さ00500

測定温度（℃）

図－2

試験方法

1000

1500

2000

T型はく離接着強さ（kN/m）

試験項目

02500

時間（h）

TB2237J熱時引張せん断接着強さ

図－3

硬 化 条 件：120℃×60min
試験片材質：SPCC-SD/SPCC-SD

TB2237J耐熱性

硬 化 条 件：120℃×60min
環 境 条 件：150℃
測 定 条 件：3TS-4100-011, 3TS-4130-021
試験片材質：SPCC-SD/SPCC-SD

3.低線膨張率エポキシ樹脂についてり返しかかるこの応力がクラックや剥がれなど不具合の物質は温度の上昇によって体積が膨張します。その原因となります。

時の温度当たりの膨張する割合を線膨張率といいます。

自動車には停止時と駆動時で温度差が大きい箇所

エポキシ樹脂は有機物の中では比較的線膨張率がもあり、このような部分ではヒートサイクルが繰り返され低い材料ですが、金属と比較すると線膨張率は大きいるため、膨張時と収縮時の体積差が小さい線膨張率と言えます（表－3）。の低い材料が求められます。そのため、耐ヒートサイク被着体と接着剤の線膨張率の差が大きいほど、ヒール特性を考慮したTB 2 2 3 5 Lを開発しました。

トサイクル時の膨張と収縮による応力が大きくなり、繰
表－ 3
材質
ア ル ミニ ウ ム
鉄金 属
マグネシウム合金
無機物
ス テ ン レ ス
硬 質 硝 子各種材質の線膨張率

線膨張率231227179

材質
線膨張率
エ ポ キ シ 45～65
ア ク リ ル
50～90
有機物 ポリプ ロピレン 58～100
ポ リ エ チ レ ン 120～140
ポリカーボネート
663

3－1．TB2235L について

2000サイクル後も初期の接着強さから大きな低下は見TB 2 2 3 5 Lは下記のような特長を有した一液性加熱られず、耐ヒートサイクル性に優れたエポキシ樹脂と言えます。

①低い線膨張率を有する。

25②高いガラス転移温度を有する。
3－2．特性値TB 2 2 3 5 Lの特性値を表－４に、熱時引張せん断接着強さを図－４に、耐熱性を図－５に、ヒートサイクルを図－６に示します。
TB 2235 Lは線膨張率が低いだけではなく、ガラス転移温度も高いため、高温環境下での接着強さも高く（図引張せん断接着強さ（MPa）

硬化型エポキシ配合樹脂です。

20151050－４）、1 5 0 ℃での耐熱性にも優れています（図－５）。

50

図－47510012525

試験片材質：SUS/SUS（SUS304）

20151050500

1000

15002000

図－5引張せん断接着強さ（MPa）

30時間（h）

25201510－40⇔125℃－40⇔150℃

5005001000

1500

測 定 条 件：3TS-4100-011
試験片材質：SUS/SUS（SUS304）

図－6TB2235Lヒートサイクル

測 定 条 件：3TS-4100-011
硬 化 条 件：140℃×30min
試験片材質：SUS/SUS（SUS304）
１サイクル：（-40℃×30min＋125℃×30min）（-40℃×30min＋150℃×30min）

表－４ TB2235L 特性値
項目単位－Pa・s%
MPa
kN/m℃

2000

サイクル数（cyc）

TB2235L耐熱性

硬 化 条 件：140℃×30min
環 境 条 件：150℃

特性値
外観
黒色
粘度
80
硬 化 収 縮 率1.7
引 張 せん 断 接 着 強さ
23
T 型 はく離 接 着 強さ
2.0
ガラス 転 移 温 度
149
線 膨 張 係 数（ α 1 ）16ppm/℃
線 膨 張 係 数（ α 2 ）24
貯蔵弾性率（E’） 25℃ GPa
10
損失弾性率（E”）
ピーク
154℃
損失正接（tanδ）
ピーク
170
硬化条件
－140℃×30min

4150

TB2235L熱時引張せん断接着強さ

硬 化 条 件：140℃×30min
測 定 条 件：3TS-4100-01130

引張せん断接着強さ（MPa）

25温度（℃）

ヒートサイクル特 性については図－６に示すとおり、

00試験方法
3TS-2100-020
3TS-2F00-007
3TS-2600-001
3TS-4100-011
3TS-4130-021
3TS-4740-001

備考－
せん断速度:10.0s-1－
Fe/Fe(SPCC-SD)
Fe/Fe(SPCC-SD)
TMA
20～40℃
160～200℃

3TS-4730-001

DMA 1Hz－－４．
高放熱エポキシ樹脂について①高い熱伝導率を有する。

近年、電装部品の小型化・高出力化に伴い、電装②低い線膨張率、硬化収縮率を有する。

部品の発熱量が大きくなってきています。この発熱は実③低温硬化性、耐久性に優れる。

装部品の動作、性能に影響を及ぼすため、この問題を解決する必要があり、放熱特性を有する接着剤の需要４－２．特性値が増えています。弊社にはシリコーン系のゴム状の放熱TB 2 2 7 0 Jの特性値を表－５に示します。

特性を有する接着剤はありますが、シリコーン系の放熱

TB 2 2 7 0 Jは高い貯蔵弾性率を有し、接着強さが高剤は接着強さが低いため、高い接着強さ及び耐熱性をい熱伝導性材料です。また、耐熱性にも優れており、兼ね備えた放熱剤の要求があり、エポキシ樹脂系の放1 2 5 ℃環境下では 2 0 0 0 h 経過後も接着強さの低下は

熱エポキシ樹脂TB 2 2 7 0 Jを開発しました。

見られません（図－7）。
線膨張率も非常に低いため、ヒートサイクル特性にも４－１．TB2270J について優れており、2 0 0 0サイクル後も初期の接着強さと同等

TB 2 2 7 0 Jは下記のような特長を有した一液性加熱の接着強さを維持します（図－８）。

硬化型エポキシ配合樹脂です。

TB 2 2 7 0 Jのサーモグラフィーによる熱伝導性の評価
表－ 5試験項目

TB2270J 特性値

単位－Pa・s%
MPa℃

特性値
外観
白色
粘度
150
硬 化 収 縮 率1.4
引 張 せ ん 断 接 着 強さ
9
ガ ラ ス 転 移 温 度
117
線 膨 張 係 数（ α 1 ）11ppm/℃
線 膨 張 係 数（ α 2 ）58
貯蔵弾性率（E’） 25℃
GPa32
損失弾性率（E”）
ピーク
118℃
損失正接（tanδ）
ピーク
134
熱
伝
導率 W/m・K
4.2
硬化条件－
100℃×40min

10864203TS-4730-001

DMA 1Hz3TS-4750-002－－－12

引張せん断接着強さ（MPa）

引張せん断接着強さ（MPa）

12

試験方法
備考
3TS-2100-020－
3TS-2F00-007 せん断速度:1.0s-1
3TS-2600-001－
3TS-4100-011 Fe/Fe（SPCC-SD）
TMA
3TS-4740-001
20～40℃
160～180℃

0500

1000

図－7

TB2270J耐熱性

1500

2000

10864
200500時間（h）
硬 化 条 件：100℃×40min
環 境 条 件：125℃
測 定 条 件：3TS-4100-011
試験片材質：Al/Al（A1050P）

1000

1500

2000

サイクル数（cyc）

図－8

TB2270Jヒートサイクル

硬 化 条 件：100℃×40min
１サイクル：（-40℃×30min＋125℃×30min）
測 定 条 件：3TS-4100-011
試験片材質：Al/Al（A1050P）

5結果を図－１０、図－１１に示します。

50【測定方法】

45

丸棒の間にTB 2 2 7 0 Jを厚さ0 . 1 mmで塗布して接続します。この両端にペルチェ素子を密着させ、上側のペルチェ素子を4 5 ℃に設定して温度勾配を与えています（図－９）。

温度（℃）

φ2 0×長さ5 0 mmのアルミの丸棒を２本用意し、この403530【測定結果】
図－１０はサーモ グラフィーの 映 像 です。左 側 がTB 2 2 7 0 Jを厚さ0 . 1 mmで塗布したもの、右側が放熱剤を塗布せずにアルミの丸棒を接触させたものです。こ2520

TB2270J使用
未使用
0（TB 2 2 7 0 J 塗布部）でほとんど温度差がなく、熱がよく伝わっていることがわかります。

6080100

図－11 アルミ棒の温度分布

この 結 果 からTB 2 2 7 0 Jを塗 布していないと丸 棒性を有 するTB 2 2 7 0 Jを使 用したものは丸 棒 接 合 部

40距離（mm）の中央のラインを測温してグラフ化したものが図－１１です。
接 合 部で熱の移 動が生じていないのに対し、放 熱 特

20５．
難燃性エポキシ樹脂
自動車に搭載される電子部品の搭載数の増加、更に小型化、軽量化に伴う電子部品の発熱による発火や、電気自動車などの次世代自動車には高電圧・大電流のバッテリーやモーターなどのパワートレインが導入され、自動車は発火の原因となる部分がますます増加しています。発火すると易燃性を有する材料へ着火し、延焼による火災へとつながるため、発火の可能性があ（TB2270J）る部分の付近に使用される材料にも難燃性が要求されます。接 着 剤は易燃性を有するため、このような箇 所に使用される場合には難燃性を有するエポキシ樹脂が

図－9 サーモグラフィーによる観測モデル要求されるため、TB 2 2 7 2 Fを開発しました。
5－1．TB2272F について
TB 2 2 7 2 Fは 難 燃 規 格 UL 9 4 [ 垂 直 燃 焼 性 試 験 ]V- 0 認定を受けた加熱硬化型一液性エポキシ配合樹脂です。潜在的熱源部品まわりの接着やシール用途に適しています。
図－１２はTB 2 2 7 2 Fの硬化物にガスバーナーの炎を付けた際の画像です。
難 燃 特性をもたない通常のエポキシ樹脂は炎を付けると直 後に燃え広がるのに対し、難 燃 性を有 する
TB 2 2 7 2 Fは炎を付けても着火しづらく、すぐに炎が消えます。
5－2．特性値
TB 2 2 7 2 Fの特性値を表－６に示し、垂直難燃性試
験の結果を表－７に示します。

図－10 サーモグラフィーによる観測図

6

【垂直難燃性試験条件】

・サンプ ルコンディショニング：温 度 2 3 ℃、相 対 湿・試 験 方 法 及び 判 定 方 法：3 TS- 2 7 0 0 - 0 0 2 に準ずる。

度 5 0 %の雰囲気下に4 8 時間以上放置
・サンプルサイズ：1 2 5 mm×1 3 mm×3 . 0 mm

・試験環境：温度 2 5 ℃、相対湿度 5 0 %・炎の大きさ：2 0 mm 青色炎図－12表－ 6燃焼比較

TB2272F 特性値

試験項目
単位
TB2272F
外観ー
黒色
粘度
Pa・s
75
引 張 せ ん 断 接 着 強さ MPa
21
ガ ラ ス 転 移 温 度℃
117
線 膨 張 係 数（ α 1 ）29ppm/℃
線 膨 張 係 数（ α 2 ）119
貯蔵弾性率（E’） 25℃
GPa12
損失弾性率（E”）
ピーク
118℃
損失正接（tanδ）
ピーク
147
難燃
規格－UL94 V-0認定
硬化条件－
100℃×60min

表－ 7

試験方法
3TS-2100-002
3TS-2F00-007
3TS-4100-011

3TS-4730-001

備考－
せん断速度:5.0s-1Fe/Fe（SPCC-SD）
TMA
0～40℃
160～200℃
DMA 25℃
1Hz－－－－

3TS-4740-001

難燃規格 UL94（垂直燃焼性試験）V-0 判定基準と TB2272F 試験結果
判定項目

V-0基準
TB2272F測定値
各サンプルのt1またはt2≦10秒≦4秒
5回（2回目の接炎含む)の離炎後の燃焼時間の合計
≦50秒
≦10秒
t2およびt3の合計時間≦30秒≦8秒
クランプまでに達する燃焼または火種
無無落下物による脱脂綿着火
無無t1：1回目の離炎後の燃焼時間、t2：2回目の離炎後の燃焼時間、
t3：2回目の離炎後の火種時間

7おわりに
本稿では、車載電装デバイス向けエポキシ樹脂へ要求される特性の中から「高耐熱」「低線膨張率」「放熱」「難燃」をキーワードに商品をご紹介しました。
自動車の進化と共に、車載向け接着剤の需要拡大が予想されます。用途の幅が広がるにつれて、それぞれの用途に適した商品の開発が必要となります。
スリーボンドでは今後も市場動向に合わせた商品開発、技術開発に注力し、産業界に貢献する活動を継続してまいります。
<参考文献>
1）羽原健雄「世界的な電動化の動きと我が国の対応について」『自動車技術Vol.72』p13-17
自動車技術会(2018)2）芦田正「エポキシ系接着剤の用途」『総説エポキシ樹脂 第４巻 応用編Ⅱ』p88-107
エポキシ樹脂技術協会(2003)

株式会社スリーボンド

研究開発本部
開発二部

電気開発一課

安長可奈

小野由智

株式会社スリーボンド

8

東京都八王子市南大沢4-3-3
電話 042(670)5333 ㈹