JP2012051260A - 樹脂塗装金属材、および該金属材を用いた電子機器部品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の樹脂塗装金属材は、金属基材の少なくとも片側に、扁平状で平均粒子長が10μm以下のAl粒子を35〜65質量%含み、膜厚が3.0〜8.0μmの樹脂皮膜を有することを特徴とする。
【選択図】なし
Description
本発明で用いられる金属基材の形状は特に限定されず、代表的には金属板が挙げられるが、それ以外の異形材なども用いることができる。
本発明の樹脂塗装金属材を構成するAl粒子を含有する樹脂皮膜(以下、「熱伝導性皮膜」と称する場合がある)は、その膜厚を3.0μm以上(好ましくは4.0μm以上)、8.0μm以下(好ましくは7.0μm以下)としている。熱伝導性皮膜の膜厚が3.0μm未満では、樹脂によるバリアー効果が低下するため、樹脂皮膜を設けたことによる樹脂塗装金属材の耐食性向上効果が発揮され難くなる。一方、熱伝導性皮膜の膜厚が8.0μmを超えると、樹脂による絶縁性が大きくなるため、樹脂皮膜中にAl粒子を含有させたことによる樹脂塗装金属材の面方向熱伝導性向上効果が発揮され難くなる。なお、熱伝導性皮膜は、金属基材の直上に設けられても、他の膜を介在して設けられてもよい。
本発明では、樹脂皮膜中に含有させる熱伝導粒子として、Al粒子を用いる。熱伝導粒子としては、Al以外にAg(熱伝導率429W/m・K)やCu(熱伝導率401W/m・K)なども挙げられるが、耐食性の観点からAl(熱伝導率200W/m・K)が最も好ましい。
上記熱伝導性皮膜は、Al粒子と樹脂のほか、樹脂皮膜に通常添加される添加成分を含んでもよい。上記添加成分としては、例えば防錆顔料、帯電防止剤、導電性粒子、耐候性改善剤などが挙げられる。上記添加成分は、本発明の作用を損なわない範囲で熱伝導性皮膜中に含有させることができる。
本発明の樹脂塗装金属材は、熱伝導性皮膜が金属基材の少なくとも片側(熱源側)に形成されていれば良いが、金属基材の両面側に設けられていても良い。これにより、熱源からの熱を金属基材の面方向に一層速やかに拡散、伝熱できる。
本発明の樹脂塗装金属材は、上記熱伝導性皮膜および/または放熱性皮膜の上に、さらに他の皮膜を有していてもよい。例えば、耐疵付き性及び耐指紋性の向上を目的として、周知のクリアー皮膜を熱伝導性皮膜および/または放熱性皮膜の上に設けてもよい。
熱伝導性皮膜は、従来公知の方法によって形成することができ、例えば、上記のベース樹脂およびAl粒子、必要に応じて他の添加剤を溶剤に溶解あるいは分散した塗料を、公知の塗装法で金属基材の表面に塗布して乾燥し、或いは加熱焼付け処理することによって形成することができる。
本発明の樹脂塗装金属材は、面方向熱伝導性、及び耐食性に優れているため、電子機器の放熱部品として好適に用いることができる。電子機器部品としては、例えば、ヒートシンク、薄型テレビなどのバックシャーシ、熱源を内蔵する電子機器部品を収容する金属製筺体(ケーシング)などが挙げられる。
ポリエステル樹脂(東洋紡績社製、バイロン(登録商標)290、Tg72℃、分子量(Mn)22×103(いずれもカタログ値))にメラミン架橋剤(住友化学社製、スミマール(登録商標)M−40ST、固形分80質量%)を比100:20(乾燥質量比)で添加してマトリックス樹脂とし、下記に示す熱伝導性粒子(各種扁平Al粒子含有ペースト、あるいは各種扁平銅粒子)を添加し、シンナー(大伸化学社製、薄板用統合Aシンナー、キシレン50質量%+シクロヘキサノン50質量%混合シンナー)で希釈して適宜粘度を調整し、ディスパー撹拌機で3000rpm×5分撹拌して、熱伝導性皮膜形成用塗料を作製した。熱伝導性皮膜中の扁平Al粒子、扁平銅粒子の含有率は表1に示す通りである。
扁平状Al粒子含有ペースト(以下、全て旭化成ケミカルズ製)
・13H 平均粒子長6μm(リーフィング)
・FD-5060 平均粒子長6μm(ノンリーフィング)
・18TH 平均粒子長8μm(リーフィング)
・8LN-S 平均粒子長8μm(ノンリーフィング)
・66NL-S 平均粒子長10μm(ノンリーフィング)
・8 平均粒子長11μm(リーフィング)
・BS-240 平均粒子長16μm(ノンリーフィング)
・2 平均粒子長17μm(リーフィング)
扁平銅粒子
・1400YP 平均粒子長6.9μm(三井金属製)
・2L3N 平均粒子長9.9μm(福田金属箔工業製)
ポリエステル樹脂(東洋紡績社製、バイロン(登録商標)290、Tg72℃、分子量(Mn)22×103(いずれもカタログ値))にメラミン架橋剤(住友化学社製、スミマール(登録商標)M−40ST、固形分80質量%)を比100:20(乾燥質量比)で添加してマトリックス樹脂とし、放熱性添加剤としてカーボンブラック(三菱化学社製、三菱カーボンブラック MA100、平均粒径25nm)を含有率10%となるように添加した。得られた混合物の粘度が30〜100秒(フォードカップNo.4)程度となるように、キシレン/シクロヘキサノン混合溶剤(キシレン:シクロヘキサノン=1:1)で希釈して、ディスパー撹拌機で3000rpm×5分撹拌し、放熱性皮膜形成用塗料を作製した。
金属基材として、A4サイズの板厚0.8mmの電気亜鉛めっき鋼板(めっき付着量:19g/m2)を用い、金属基材1とした。
金属基材1の一方の面に、下地処理液(日本パーカライジング製、CTE−213A)を付着量100mg/m2となるように付着させて、金属基材の下地処理を行った。次いで、下地処理面上に、熱伝導性皮膜形成用塗料をバーコーターで塗布し、最高到達温度(PMT)220℃で120秒焼付けを行い、厚さ0.8〜12.8μmの熱伝導性皮膜を有する樹脂塗装金属板2〜46を得た。
金属基材1、及び樹脂塗装金属板2〜46の面方向の熱伝導性を、下記の計算式から算出して評価した。
熱伝導率(W/m・K)=密度(103kg/m3)×比熱(103J/kg・K)×熱拡散率(10−6m2/sec)
(評価基準)
◎:金属基材1の熱伝導率+2.0W/m・K以上
○:金属基材1の熱伝導率+0.1W/m・K以上2.0W/m・K未満
×:金属基材1の熱伝導率以下
なお、熱伝導率を算出するための密度、比熱、及び熱拡散率については、下記のように測定した。
金属基材1、及び樹脂塗装金属板2〜46から25mm×25mmの試験サンプルを切り出し、室温下、水中置換法により測定した。
金属基材1、及び樹脂塗装金属板2〜46から約50〜60mgの試験サンプルを切り出し、示差走査熱量計(セイコーインスツルメンツ製、DSC220C)を用いて、室温(25℃)、アルゴン雰囲気下における比熱を測定した。
金属基材1、及び樹脂塗装金属板2〜46から25mm×25mmの試験サンプルを切り出し、両面にカーボンスプレーを吹きかけて、一様に黒化させた。次いで、熱定数測定装置(アルバック理工製、TC−7000)を用いて、室温(25℃)、真空中で、熱伝導性皮膜が形成されていない側の面(黒化された鋼板面)に赤外線レーザー(発信波長:1.06μm)を照射し、レーザー照射位置から面方向に5mm離れた個所の裏面(金属基材1のもう一方の面、あるいは熱伝導性皮膜が形成された側の面)の温度を熱電対で測定し、温度最大値の半値となった時間tを算出し、下記式に基づいて算出した。
熱拡散率α(m2/sec)=K/t
(式中、Kは既知の熱拡散率であるタンタル(25×10−6m2/sec)を基準とした装置定数を表し、αttan=Kで求める。ttanはタンタル測定時の温度最大値の半値となった時間を表す。)
樹脂塗装金属板7〜46から5cm×12cmの試験サンプルを切り出し、JIS Z 2371に準じて、塩水噴霧試験を実施して、120時間試験後の試験サンプル(熱伝導性皮膜形成面)の白錆発生率で評価した。
(評価基準)
◎:5%以下
○:5%超40%以下
×:40%超
樹脂塗装金属板7〜36から試験サンプルを切り出し、JIS K 5600に準じて、熱伝導性皮膜面に対して鉛筆硬度試験を実施して評価した。
(評価基準)
◎:H以上
○:F〜HB
×:HB未満
実験例1の金属基材1の一方の片面(裏面)に、下地処理液(日本パーカライジング製、CTE−213A)を付着量100mg/m2となるように付着させて、金属基材の下地処理を行った。次いで、下地処理面に、放熱性皮膜形成用塗料をバーコーターで塗布し、最高到達温度(PMT)220℃で120秒焼付けを行い、片面(裏面)に厚さ10μmの放熱性皮膜を有する(他方の片面(表面)には熱伝導性皮膜を有さない)樹脂塗装金属板47を得た。
実験例5、6、8、11、17、及び26において作製した樹脂塗装金属板の他方の面(裏面)に、実験例47と同様の方法で下地処理と放熱性皮膜の形成を行って、表面に厚さ0.8〜5.2μmの熱伝導性皮膜を有し、裏面に厚さ10μmの放熱性皮膜を有する樹脂塗装金属板48〜53を得た。
金属基材として、表2に記載のめっき付着量を有する溶融亜鉛めっき鋼板(A4サイズ、板厚0.8mm)を用い、金属基材2とした。
実験例47において、金属基材1に代えて、金属基材2を用いた以外は実験例47と同様にして、片面(裏面)に厚さ10μmの放熱性皮膜を有する(他方の片面(表面)には熱伝導性皮膜を有さない)樹脂塗装金属板55を得た。
実験例1の金属基材1に代えて、実験例54の金属基材2を用いた以外は実験例5、6、8、11、17、及び26と同様にして、一方の面(表面)に厚さ0.8〜5.2μmの熱伝導性皮膜を有する樹脂塗装金属板を得た。
赤外線放射率は、下記装置を用い、金属基材1と2、及び樹脂塗装金属板47〜61(試料)について、その裏面側(金属基材1や2の片面、あるいは放熱性皮膜面)の赤外線波長域(4.5〜15.4μm)における分光放射強度(実測値)を測定して求めた。
装置:日本電子(株)製「JIR−5500型フーリエ変換赤外分光光度計」および放射測定ユニット「IRR−200」
測定波長範囲:4.5〜15.4μm
測定温度:試料の加熱温度を100℃に設定する
積算回数:200回
分解能:16cm−1
ε(λ) :波長λにおける試料の分光放射率(%)
E(T) :温度T(℃)における試料の積分放射率(%)
M(λ,T) :波長λ、温度T(℃)における試料の分光放射強度(実測値)
A(λ) :装置関数
KFB(λ) :波長λにおける固定バックグラウンド(試料によって変化しないバックグラウンド)の分光放射強度
KTB(λ,TTB):波長λ、温度TTB(℃)におけるトラップ黒体の分光放射強度
KB(λ,T) :波長λ、温度T(℃)における黒体の分光放射強度(ブランクの理論式からの計算値)
λ1,λ2 :積分する波長の範囲をそれぞれ、意味する。
M160℃(λ,160℃):波長λにおける160℃の黒体炉の分光放射強度(実測値)
M80℃(λ,80℃):波長λにおける80℃の黒体炉の分光放射強度(実測値)
K160℃(λ,160℃):波長λにおける160℃の黒体炉の分光放射強度(ブランクの理論式からの計算値)
K80℃(λ,80℃):波長λにおける80℃の黒体炉の分光放射強度(ブランクの理論式からの計算値)をそれぞれ、意味する。
KTB(λ,TTB)=0.96×KB(λ,TTB)
式中、KB(λ,TTB)は、波長λ、温度TTB(℃)における黒体の分光放射強度を意味する。
金属基材1と2、及び樹脂塗装金属板47〜61(試料)から、150mm×250mmの試験サンプルを切り出し、下記の方法にしたがって熱拡散性を評価した。
Claims (4)
- 金属基材の少なくとも片側に、扁平状で平均粒子長が10μm以下のAl粒子を35〜65質量%含み、膜厚が3.0〜8.0μmの樹脂皮膜を有することを特徴とする樹脂塗装金属材。
- 前記Al粒子が、ステアリン酸によって処理されたものである請求項1に記載の樹脂塗装金属材。
- 前記金属基材の片側に前記樹脂皮膜を有し、もう一方の片側に、放熱性添加剤を含み、赤外線放射率が0.7%以上の樹脂皮膜を有する請求項1または2に記載の樹脂塗装金属材。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の樹脂塗装金属材を用いたことを特徴とする電子機器部品。
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