JP2011074174A

JP2011074174A - ボビン

Info

Publication number: JP2011074174A
Application number: JP2009225976A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Kobayashi; 慎一郎小林
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: JP5504798B2

Abstract

【課題】電気絶縁性を損なうことなく、機械的強度、耐熱性、寸法精度に優れ、かつ熱伝導率の高いボビンを提供する。
【解決手段】フェノール樹脂成形材料を成形してなるボビンであって、前記フェノール樹脂成形材料全体に対して、フェノール樹脂１０〜４０重量％、タルク２０〜６０重量％、ウォラストナイト１０〜４０重量％を含有するフェノール樹脂成形材料を成形してなることを特徴とするボビン。好ましくは、前記タルクの平均粒径が１〜５０μｍであり、前記ウォラストナイトの平均長さが０．１〜１００μｍの針状形状である。
【選択図】なし

Description

本発明は、ボビンに関するものである。

フェノール樹脂成形材料は、機械的強度、耐熱性、寸法精度及びコストのバランスに優れた材料として、各種産業分野から民生分野において広く用いられている。これらの中で、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、ボビンに熱が発生しやすくなっており、ボビンへの蓄熱が起こることによりボビン自身の故障につながるだけでなく、ボビン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、熱放散性の高いフェノール樹脂成形材料を用いることによって成形品の熱伝導率を向上させ、ボビンから発生する熱を放散させることにより、ボビンとして安定した機能が発揮できると考えられる。

上記の課題に対して、例えば、グラファイトやカーボン繊維といった基材をフェノール樹脂に配合することによって、熱伝導率を大幅に向上させる技術がある。しかし、これらの基材は導電性であることから、成形品の絶縁抵抗が大幅に低下し、ボビンなど電気電子部品用途には適用できなかった。

また、窒化ホウ素をフェノール樹脂に配合することにより、電気絶縁性を損なうことなく、熱伝導率を向上させた材料が開発されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、窒化ホウ素を配合したフェノール樹脂成形材料は成形性に難があり、また、窒化ホウ素が比較的高価な材料であることから、経済的には合理性がないものであった。

特開２００６−９６８５８号公報

本発明は、電気絶縁性を損なうことなく、機械的強度、電気的特性に優れ、かつ熱伝導率の高いボビンを提供するものである。

このような目的は、以下の本発明［１］〜［３］により達成される。
［１］フェノール樹脂成形材料を成形してなるボビンであって、
上記フェノール樹脂成形材料全体に対して、フェノール樹脂１０〜４０重量％、タルク２０〜６０重量％、ウォラストナイト１０〜４０重量％を含有するフェノール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］上記タルクの平均粒径が１〜５０μｍである上記［１］に記載のボビン。
［３］上記ウォラストナイトの平均粒子長さが０．１〜１００μｍの針状形状である上記［１］又は［２］に記載のボビン。

本発明によれば、電気絶縁性を損なうことなく、機械的強度、電気的特性、成形性、コストのバランスに優れ、且つ熱伝導率の高いボビンを提供することができる。

以下に、本発明のボビンについて詳細に説明する。
本発明のボビンは、フェノール樹脂成形材料を成形してなるボビンであって、
上記フェノール樹脂成形材料全体に対して、フェノール樹脂１０〜４０重量％、タルク２０〜６０重量％、ウォラストナイト１０〜４０重量％を含有するフェノール樹脂成形材料を成形してなることを特徴とする。
まず、本発明のボビンに使用されるフェノール樹脂成形材料（以下、単に「成形材料」ということがある）について説明する。

本発明に用いられる成形材料に配合されるフェノール樹脂としては、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、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、などを例示することができる。これらを単独で使用あるいは併用することができる。

上記フェノール樹脂として、ノボラック型フェノール樹脂を単独で用いる場合、硬化剤としてヘキサメチレンテトラミンを使用することができる。ヘキサメチレンテトラミンの含有量は特に限定されないが、ノボラック型フェノール樹脂１００重量部に対し、１０〜３０重量部が好ましく、さらに好ましくは、１０〜２０重量部である。
また、レゾール型フェノール樹脂を単独で使用する場合、あるいは、ノボラック型フェノール樹脂とレゾール型フェノール樹脂とを併用する場合は、ヘキサメチレンテトラミンを用いなくてもよい。

本発明で用いられる成形材料において、上記フェノール樹脂の含有量は、成形材料全体に対して１０〜４０重量％である。好ましくは、１５〜３０重量％である。
フェノール樹脂の含有量を上記下限値以上とすることにより、成形材料の製造を効率的に行うことができるとともに、成形材料成形時の流動性を確保することができる。また、上記上限値以下とすることにより、成形材料中のタルク粒子同士の距離を好ましい範囲内として、熱伝導率の低下を抑制することができる。

本発明で用いられる成形材料は、タルクとウォラストナイトとを含有することを特徴とする。これにより、以下の効果を発現させることができる。
まず、成形材料中にタルクを多く含有させることにより、成形品の電気絶縁性を損なうことなく、熱伝導性を大きく向上させることができる。
タルクの配合量が多い場合、成形材料の生産性や成形品の機械的強度が低下することがある。このとき、タルクの一部を他の無機充填材で置換すると、これらを抑えることができる場合がある一方で、成形品の熱伝導性の低下が見られることがある。
しかしながら、タルクの一部をウォラストナイトで置換する場合、すなわち、タルクとウォラストナイトとを併用する場合では、成形品の熱伝導性の低下を抑えることができ、かつ、成形材料の生産性や成形品の機械的強度の低下を抑えることができる。
これは、ウォラストナイトが針状形状であるため、タルクの一部をウォラストナイトで置換しても、ウォラストナイトがタルク粒子間の橋渡しのような役目を果たし、熱を効率よく伝導させるためであると考えられる。
このような理由で、タルクとウォラストナイトとを各々所定量併用することにより、熱伝導性、電気絶縁性、機械的強度のバランスのとれた成形品を得られる成形材料とすることができる。

本発明で用いられる成形材料において、タルクの含有量は、成形材料全体に対して２０〜６０重量％であり、好ましくは３０〜５０重量％である。
タルクの含有量を上記下限値以上とすることにより、成形品の熱伝導性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、相対的に充分な量のフェノール樹脂を含有できるので、成形材料の製造時に充分な混練を行うことができるとともに、成形品の機械的強度を良好なものとすることができる。

上記タルクの平均粒径は、１〜５０μｍが好ましく、さらに好ましくは、５〜２０μｍである。
タルクの平均を上記下限値以上とすることにより、充分な熱伝導性を確保することができる。また、上記上限値以下とすることにより、成形品の機械的強度の低下を抑制することができる。

本発明で用いられる成形材料において、ウォラストナイトの含有量は、成形材料全体に対して１０〜４０重量％であり、好ましくは１５〜３５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により、成形品の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、相対的に充分な量のタルクを含有できるので、成形品に良好な熱伝導性を付与することができる。

上記ウォラストナイトの平均粒子長さは０．１〜１００μｍが好ましく、さらに好ましくは、５〜５０μｍである。そして、形状は針状形状であることが好ましい。
ウォラストナイトの平均長さを上記下限値以上とすることにより、成形品に良好な機械的強度や熱伝導性を付与することができる。また、上記上限値以下とすることにより、成形材料製造時のウォラストナイトの折れを抑制し、成形品の機械的強度の低下を防ぐことができる。

本発明で用いられる成形材料においては、上記タルク、ウォラストナイトのほか、これ以外の無機充填材を用いることができる。
このような無機充填材としては、特に限定されないが、例えば、ガラス繊維、クレー、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、シリカ、ロックウール、マイカなどが挙げられ、これらを単独、または２種類以上併用することができる。

本発明で用いられる成形材料においては、以上に説明した原材料のほかに、必要に応じて、硬化助剤、着色剤、離型剤、可塑剤などを配合することができる。

本発明の成形材料は、通常の方法により製造される。即ち、上記の各成分を所定の配合割合で混合し、加熱ロール、コニーダ、二軸押出機を使用して溶融混練した後、冷却、粉砕することにより得られる。

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。

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。

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。

以下、実施例にて本発明を詳細に説明する。なお、ここに記載されている「部」は「重量部」を示す。

製造例及び比較製造例に用いた各原料は以下の通りである。
（１）レゾール型フェノール樹脂：住友ベークライト社製・スミライトレジンＰＲ
（２）ノボラック型フェノール樹脂：住友ベークライト社製・スミライトレジンＰＲ
（３）タルク：平均粒径１５μｍ
（４）ウォラストナイト：平均長さ２０μｍ
（５）ガラス繊維：日本板硝子社製・チョップドストランドＲＥＳ
（６）着色剤：カーボンブラック
（７）離型剤：ステアリン酸
（８）硬化助剤：消石灰

１．成形材料の製造
（製造例１）
レゾール型フェノール樹脂１８部、ノボラック型フェノール樹脂７部、タルク５０部、ウォラストナイト１８部、ガラス繊維４部、着色剤、離型剤、硬化助剤各１部を配合した原料混合物を、７０℃の加熱ロールにより３分間溶融混練した後取り出し、顆粒状に粉砕して成形材料Ａを得た。

（製造例２）
レゾール型フェノール樹脂１８部、ノボラック型フェノール樹脂７部、タルク４２部、ウォラストナイト２６部、ガラス繊維４部、着色剤、離型剤、硬化助剤各１部を配合した原料混合物を、７０℃の加熱ロールにより３分間溶融混練した後取り出し、顆粒状に粉砕して成形材料Ｂを得た。

（製造例３）
レゾール型フェノール樹脂１８部、ノボラック型フェノール樹脂７部、タルク３４部、ウォラストナイト３４部、ガラス繊維４部、着色剤、離型剤、硬化助剤各１部を配合した原料混合物を、７０℃の加熱ロールにより３分間溶融混練した後取り出し、顆粒状に粉砕して成形材料Ｃを得た。

（比較製造例１）
レゾール型フェノール樹脂１９部、ノボラック型フェノール樹脂８部、ガラス繊維７０部、着色剤、離型剤、硬化助剤各１部を配合した原料混合物を、７０℃の加熱ロールにより３分間溶融混練した後取り出し、顆粒状に粉砕して成形材料Ｄを得た。

（比較製造例２）
レゾール型フェノール樹脂１９部、ノボラック型フェノール樹脂８部、タルク６５部、ガラス繊維５部、着色剤、離型剤、硬化助剤各１部を配合した原料混合物を、７０℃の加熱ロールにより３分間溶融混練した後取り出し、顆粒状に粉砕して成形材料Ｅを得た。

（比較製造例３）
レゾール型フェノール樹脂１８部、ノボラック型フェノール樹脂７部、ウォラストナイト６７部、ガラス繊維５部、着色剤、離型剤、硬化助剤各１部を配合した原料混合物を、７０℃の加熱ロールにより３分間溶融混練した後取り出し、顆粒状に粉砕して成形材料Ｆを得た。

（材料評価方法）
（１）熱伝導率
製造例及び比較製造例で得られた成形材料を用いて、コンプレッション成形により１２０×１２０×１０ｍｍの試験片を作製した。成形条件は、金型温度１７５℃、硬化時間４分間とした。得られた試験片を迅速熱伝導率計（京都電子工業製）にてプローブ法により測定した。
（２）曲げ強さ
製造例及び比較製造例で得られた成形材料を用いて、トランスファー成形により試験片を作成した。成形条件は、金型温度１７５℃、硬化時間３分間とした。得られた試験片をＪＩＳＫ６９１１「熱硬化性プラスチック一般試験方法」に準拠し、測定した。
（３）絶縁抵抗
製造例及び比較製造例で得られた成形材料を用いて、トランスファー成形により試験片を作成した。成形条件は、金型温度１７５℃、硬化時間３分間とした。得られた試験片をＪＩＳＫ６９１１「熱硬化性プラスチック一般試験方法」に準拠し、測定した。

製造例及び比較製造例の成形材料の原材料配合、及び、得られた成形品の評価結果を表１に示す。

製造例１〜３は、タルクとウォラストナイトを配合した本発明のボビンに用いられる成形材料であり、これから得られた成形品は熱伝導率に優れている。一般的なガラス繊維強化フェノール樹脂成形材料である比較製造例１と比べると、２倍以上の熱伝導率を有している。特に、製造例３は熱伝導率１．５Ｗ／ｍＫ以上、曲げ強さ１００ＭＰａ以上、を有しており、熱伝導率と機械的強度のバランスの取れた成形品を得ることができた。
比較製造例２、３はそれぞれタルク、ウォラストナイトを単独で用いた成形材料であり、タルク単独では曲げ強さが弱く、ウォラストナイト単独では熱伝導率が低い結果となった。

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の成形材料Ｃを用いて成形したボビンと、熱伝導率の低い比較製造例１の成形材料Ｄ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。

（実施例１）
製造例３で得られた成形材料Ｃ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５０×３０×６０ｍｍのボビンを成形した。

（比較例１）
比較製造例１で得られた成形材料Ｄを用いた以外は、実施例１と同様にしてボビンを成形性した。

（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。

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。

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。

Claims

フェノール樹脂成形材料を成形してなるボビンであって、
前記フェノール樹脂成形材料全体に対して、フェノール樹脂１０〜４０重量％、タルク２０〜６０重量％、ウォラストナイト１０〜４０重量％を含有するフェノール樹脂成形材料を成形してなることを特徴とするボビン。
前記タルクの平均粒径が１〜５０μｍである請求項１に記載のボビン。
前記ウォラストナイトの平均粒子長さが０．１〜１００μｍの針状形状である請求項１又は２に記載のボビン。