JP2016025216A - Structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は構造体に関し、特に、発熱体からの熱を放熱することが可能な構造体に関する。 The present invention relates to a structure, and more particularly to a structure capable of dissipating heat from a heating element.
ランプ部品で用いられるLED素子、コンピュータのマザーボードに搭載されるCPUは、小型化、高性能化が進んでおり、LED素子やCPUの発熱対策が重要となってきている。また、固体撮像素子や、モータの制御などに用いられるパワートランジスタについても発熱対策が重要である。これらのLED素子、CPU、固体撮像素子、パワートランジスタなどの発熱体は、規定の温度を超えると、損傷したり、誤動作を生じたり、性能の一部が低下したりして、その性能に悪影響を及ぼすため、発熱体から発生する熱を良好に放熱するように放熱対策が施される。 LED elements used in lamp parts and CPUs mounted on computer motherboards are becoming smaller and higher in performance, and countermeasures against heat generation of LED elements and CPUs are becoming important. In addition, heat generation countermeasures are important for power transistors used for solid-state imaging devices and motor control. These LED elements, CPUs, solid-state image sensors, power transistors, and other heating elements are adversely affected if the temperature exceeds a specified temperature, resulting in damage, malfunction, or some degradation in performance. Therefore, heat dissipation measures are taken so that the heat generated from the heating element is radiated well.
このような発熱体に対する放熱対策としては、従来より放熱部品(ヒートシンク)を発熱体に取り付けることが行われている。例えばLEDランプ(LED照明)用ヒートシンクとしては、従来から、アルミニウム(アルミニウム合金を含む)を材料とした、アルミダイキャストや押出形材によるものが多く採用されている(例えば、特許文献1、2)。 As a heat dissipation measure for such a heating element, a heat dissipation component (heat sink) has been conventionally attached to the heating element. For example, as heat sinks for LED lamps (LED lighting), conventionally, many aluminum die casts and extruded shapes made of aluminum (including aluminum alloys) have been employed (for example, Patent Documents 1 and 2). ).
しかしながら、金属は熱伝導率が高いため、放熱効率は高いが、成形加工を行い難いとともに、単位体積当たりの重量が大きいため、部品(放熱部品を取り付けた発熱体)としての重量が増す問題がある。 However, since metal has high heat conductivity, heat dissipation efficiency is high, but it is difficult to perform molding, and the weight per unit volume is large, so that the weight as a component (a heating element with a heat dissipation component) increases. is there.
放熱部品の放熱効率を損ねずに、軽量化を図る手法として、放熱部品を樹脂化することが検討されつつある。例えば、熱可塑性樹脂を用いて射出成形を行って放熱部品(ヒートシンク)を製造することで、放熱部品の形状の自由度を高めたり、放熱部品を軽量化させたりすることが可能となる。ここで、放熱効率を高める手段としては、熱可塑性樹脂にカーボン等の高熱伝導性充填材を含有させることが考えられる。 As a technique for reducing the weight without deteriorating the heat radiation efficiency of the heat radiating component, it has been studied to use the heat radiating component as a resin. For example, by performing injection molding using a thermoplastic resin to manufacture a heat dissipation component (heat sink), it is possible to increase the degree of freedom of the shape of the heat dissipation component or to reduce the weight of the heat dissipation component. Here, as a means for improving the heat radiation efficiency, it is conceivable to add a high thermal conductive filler such as carbon to the thermoplastic resin.
しかしながら、熱可塑性樹脂にカーボン等の高熱伝導性充填材を多量に含有させると、放熱効率が高くなる一方で、部品の強度や靱性が低下してしまう欠点がある。したがって、このように、熱可塑性樹脂に高熱伝導性充填材を多量に含有させた樹脂を部品に適用すると、負荷応力や衝撃力により破損するおそれがある。 However, if a thermoplastic resin contains a large amount of a high thermal conductive filler such as carbon, there is a drawback that the heat dissipation efficiency is increased while the strength and toughness of the components are reduced. Therefore, when a resin containing a large amount of a high thermal conductive filler in a thermoplastic resin is applied to a component in this way, it may be damaged due to load stress or impact force.
また、このような熱可塑性樹脂に高熱伝導性充填材を多量に含有させた材料を用いて、放熱部品を装着した基板などを収納する箱状構造体を製造することが考えられる。この場合、熱可塑性樹脂を射出成形により成形することが可能であるが、前記熱伝導性樹脂のウェルド部(合流部)での強度が特に低下する恐れがあり、例えば、落下した際にこのウェルド部(合流部)で割れる可能性がある。また、箱状構造体を製造する際には、ねじやスナップフィット部(いわゆる爪部品)を用いて、箱状体本体と蓋体とを組み付けたり、箱状体本体と基板などの内蔵部品とを組み付けたりすることも想定される。しかし、この場合には、ねじがねじ込まれる部分である雌ねじ部のねじ穴強度(いわゆるセルフタップ強度:ねじ止め時の締め付けトルク値)が低いため、ねじをねじ込む際にねじ穴のねじ山がつぶれるなどして、ねじで固定できなかったり、スナップフィット部が折れて固定できなかったりするおそれがある。 In addition, it is conceivable to manufacture a box-shaped structure that accommodates a substrate on which a heat dissipation component is mounted, using a material in which such a thermoplastic resin contains a large amount of a high thermal conductive filler. In this case, the thermoplastic resin can be molded by injection molding, but the strength of the heat conductive resin at the welded portion (merging portion) may be particularly lowered. There is a possibility of cracking at the part (joining part). When manufacturing a box-shaped structure, screws and snap-fit parts (so-called claw parts) are used to assemble the box-shaped body and the lid, It is also envisaged that they will be assembled. However, in this case, since the screw hole strength (so-called self-tap strength: tightening torque value at the time of screwing) of the female screw portion that is a portion into which the screw is screwed is low, the screw thread of the screw hole is crushed when screwing in the screw. For example, there is a possibility that it cannot be fixed with a screw, or the snap fit part may be broken and not fixed.
本発明は上記課題を解決するもので、放熱効率と強度や靱性とを両立することが可能な構造体を提供することを目的とする。 This invention solves the said subject, and it aims at providing the structure which can make heat dissipation efficiency, intensity | strength, and toughness compatible.
本発明者等は上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、本発明に至ったものである。
すなわち本発明の要旨は、下記の通りである。
(1)熱伝導性樹脂と、この熱伝導性樹脂よりも靱性が高い補強材とが、一体化されてなることを特徴とする構造体。
(2)前記熱伝導性樹脂が、熱伝導性充填材を含有する熱可塑性樹脂からなり、前記熱伝導性充填材の熱伝導率が5W/(m・K)以上であることを特徴とする(1)の構造体。
(3)当該構造体が箱状構造体であることを特徴とする(1)または(2)の構造体。
(4)内部に発熱体が配設され、発熱体に熱伝導性樹脂が接触する状態で組み付けられていることを特徴とする(3)の構造体。
(5)前記補強材がフレーム形状に形成されていることを特徴とする(1)〜(4)の構造体。
(6)前記熱伝導性樹脂が射出成形により成形され、前記熱伝導性樹脂のウェルド部に対応する箇所に前記補強材が配設されていることを特徴とする(1)〜(5)の構造体。
(7)ねじ穴またはボス穴からなる穴部が設けられ、穴部の少なくとも一部が、前記補強材により形成されていることを特徴とする(1)〜(6)の構造体。
(8)スナップフィット部を有し、このスナップフィット部が前記補強材により形成されていることを特徴とする(1)〜(7)の構造体。
(9)前記熱伝導性樹脂と前記補強材とがインサート成形により一体化されてなることを特徴とする(1)〜(8)の構造体。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have arrived at the present invention.
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) A structure in which a heat conductive resin and a reinforcing material having higher toughness than the heat conductive resin are integrated.
(2) The thermally conductive resin is made of a thermoplastic resin containing a thermally conductive filler, and the thermal conductivity of the thermally conductive filler is 5 W / (m · K) or more. Structure (1).
(3) The structure according to (1) or (2), wherein the structure is a box-like structure.
(4) The structure according to (3), characterized in that a heating element is disposed inside and the heat conductive resin is assembled in contact with the heating element.
(5) The structure according to (1) to (4), wherein the reinforcing material is formed in a frame shape.
(6) The thermal conductive resin is molded by injection molding, and the reinforcing material is disposed at a location corresponding to a weld portion of the thermal conductive resin. Structure.
(7) The structure according to (1) to (6), wherein a hole including a screw hole or a boss hole is provided, and at least a part of the hole is formed of the reinforcing material.
(8) The structure according to any one of (1) to (7), including a snap-fit portion, wherein the snap-fit portion is formed of the reinforcing material.
(9) The structure according to (1) to (8), wherein the thermally conductive resin and the reinforcing material are integrated by insert molding.
本発明によれば、熱伝導性樹脂と、この熱伝導性樹脂よりも靱性が高い補強材とを、一体化することにより、熱伝導性樹脂によって良好な放熱効率を得ることができると同時に、補強材により構造体の強度や靱性を向上させることができる。また、発熱体を熱伝導性樹脂が接触する状態で組み付けることにより、発熱体の熱を良好に放散することができる。 According to the present invention, by integrating the heat conductive resin and the reinforcing material having higher toughness than the heat conductive resin, it is possible to obtain good heat radiation efficiency by the heat conductive resin, The strength and toughness of the structure can be improved by the reinforcing material. Moreover, by assembling the heating element in a state where the heat conductive resin is in contact, the heat of the heating element can be dissipated well.
また、構造体が箱状構造体である場合に、前記補強材としてフレーム形状に形成されているものを用いることで、構造体の強度を向上させることができる。また、熱伝導性樹脂を射出成形により成形し、前記熱伝導性樹脂のウェルド部に対応する箇所に前記補強材を配設することにより、前記熱伝導性樹脂のウェルド部が、靱性が高い前記補強材にて補強されて、その強度が向上する。また、ねじ穴またはボス穴からなる穴部を設けた場合に、穴部の少なくとも一部を、前記補強材により形成することで、ねじを良好に固定することができて、いわゆるセルフタップ強度(ねじ止め時の締め付けトルク値)を向上させることができる。また、ボス穴によりボスを良好に支持することができる。また、スナップフィット部を有し、このスナップフィット部を前記補強材により形成することで、スナップフィット部が前記補強材によって、その強度が向上する。これらにより、箱状構造体などの構造体としての信頼性が向上する。 In addition, when the structure is a box-like structure, the strength of the structure can be improved by using the reinforcing material formed in a frame shape. Further, by molding the heat conductive resin by injection molding and disposing the reinforcing material at a location corresponding to the weld portion of the heat conductive resin, the weld portion of the heat conductive resin has high toughness. Reinforced with a reinforcing material, its strength is improved. In addition, when a hole made of a screw hole or a boss hole is provided, the screw can be fixed well by forming at least a part of the hole with the reinforcing material, so-called self-tapping strength ( (Tightening torque value at the time of screwing) can be improved. Further, the boss can be favorably supported by the boss hole. Moreover, it has a snap fit part and the strength of the snap fit part is improved by the reinforcing material by forming the snap fit part with the reinforcing material. As a result, the reliability as a structure such as a box-like structure is improved.
図1などにおける1は、本発明の実施の形態に係る構造体(放熱構造体)である。この実施の形態では、構造体1が箱形状とされ、筐体、ケースとも称せられる箱状構造体である。図1、図2などに示すように、構造体1は、発熱体2が装着された基板3などを収納する収納空間4aが設けられた構造体本体(ケース本体)4と、構造体本体4の収納空間4aを覆う蓋体5とが、固定手段としての複数本のねじ6で組み付けられた構成とされている。なお、発熱体2は、例えばパワートランジスタやCPU、LED素子、固体撮像素子などからなるが、これに限るものではない。また、この実施の形態では構造体本体4の下面部中央に窓部7が開口されている場合を示しているが、これに限るものではない。また、図2における5aは、蓋体5に形成されて、ねじ6が挿通される挿通孔である。
1 in FIG. 1 etc. is a structure (heat dissipation structure) according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, the structure 1 is a box-like structure that is also referred to as a housing or a case. As shown in FIGS. 1 and 2, the structure 1 includes a structure main body (case main body) 4 provided with a
構造体本体4は、熱伝導性樹脂8と、この熱伝導性樹脂8よりも靱性が高い補強材9とが、一体化されて構成されている。また、図3に示すように、基板3に装着された発熱体2は、熱伝導性樹脂8に接触された状態で組み付けられており、発熱体2の熱が熱伝導性樹脂8を介して外部に放散される構成とされている。なお、以下の説明では、便宜上、図1、図2などの紙面における斜め左上方側に対応する方向を奥側、斜め左下方側に対応する方向を左側、右下方側に対応する方向を手前側、右上方側に対応する方向を右側と称する。
The structure body 4 is formed by integrating a heat
図4などに示すように、補強材9はフレーム形状(枠形状)に形成されている。この実施の形態では、補強材9は、構造体本体4における四方の側面の内側部分をなす側面フレーム部9aと、構造体本体4の底面部上面における奥側寄りの箇所と手前側寄りの箇所とでそれぞれ左右に延びて側面フレーム部9aの底辺同士を接続する2つの底面フレーム部9bと、が一体形成された構成とされている。また、補強材9の側面フレーム部9a同士が接続される四隅箇所には、円筒状のねじ穴用筒状部9dが一体形成されており、このねじ穴用筒状部9dの内部に、前記ねじ6がねじ込まれるねじ穴(雌ねじ穴であってもよいが、単なる細径の丸穴であってもよい)9cが形成されている。
As shown in FIG. 4 and the like, the reinforcing
また、この実施の形態では、底面フレーム部9bの一部に貫通孔9eや下方に突出する突部9fが一体形成され、後述するように、補強材9を熱伝導性樹脂8により覆うようにインサート成形する際に、補強材9の貫通孔9eに熱伝導性樹脂8が入り込んだり、補強材9の突部9fを外周方向から囲むように流れ込んだりして、補強材9が金型内で良好に位置決めされた状態で熱伝導性樹脂8と一体化され、衝撃が加わった際に熱伝導性樹脂8と補強材9の界面が剥がれるのを防止できるよう構成している。また、この実施の形態では、補強材9における奥側の側面フレーム部9aの中央部に、内側に突出する補強リブ9gが形成されて、強度が上げられたり、補強材9の前後方向の向きを識別できたり、補強材9が樹脂で成形されて製造される場合には、成形時の樹脂が良好に導入されたりするように構成されたりしているが、これに限るものではない。
Further, in this embodiment, a through
図5(a)は熱伝導性樹脂8を示す斜視図、図5(b)は補強材9と熱伝導性樹脂8とを一体化してなる構造体本体(ケース本体)4の斜視図である。なお、熱伝導性樹脂8は、実際には単体で製造されないため、図5(a)に示された状態で実在することはないが、熱伝導性樹脂8の形状が概念的に理解し易いように図示している。
FIG. 5A is a perspective view showing the heat
構造体本体(ケース本体)4は、まず、補強材9が成形するなどして製造された後、熱伝導性樹脂8が射出成型(インサート成形)されて製造される。つまり、熱伝導性樹脂8を射出成型(インサート成形)する際は、まず、熱伝導性樹脂8が充填される金型のキャビティ内に、補強材9が配設される。そして、金型の樹脂注入口(いわゆるゲート)11から金型のキャビティ内に、溶融された熱伝導性樹脂8が注入されて、補強材9と一体化され、この後、熱伝導性樹脂8が冷却されて固化した状態で、補強材9と熱伝導性樹脂8とが一体化されてなる構造体本体(ケース本体)4が金型から取り出される。
The structure body (case body) 4 is first manufactured by molding the reinforcing
図5(a)、(b)、図6に示すように、熱伝導性樹脂8は、補強材9の側面フレーム部9aを外側および上方から覆い、窓部7に対応する箇所を除く底面部を、補強材9の底面フレーム部9bを含んだ状態で下方から覆うように充填される。また、この実施の形態では、補強材9の奥側の側面フレーム部9aに臨む位置に、金型の樹脂注入口11が設けられているため、図5(a)に示すように、樹脂注入時に、熱伝導性樹脂8は、金型の樹脂注入口11からキャビティ内に導入された後、窓部7に対応する箇所に設けられた金型に凸部12により左右に流れが分けられる。そして、キャビティ内における左右の側辺部や左右の底面部に相当する箇所に流入した後、このように左右に分けられた流れが手前側の底辺部中央箇所や側辺部中央箇所で合流する。この合流する箇所がウェルド部8cであり、このウェルド部8cは合流時に流れが乱れるので、固化した状態では、熱伝導性樹脂8における他の部分よりも靱性が低くなる。しかしながら、本発明では、ウェルド部8cを跨ぐように靱性の高い補強材9が配設されて、この靱性が低い箇所を補強されている(詳しくは、熱伝導性樹脂8のウェルド部8cが補強材9の手前側の底面フレーム部9bと側面フレーム部9aとにより補強されている)。
As shown in FIGS. 5A, 5 </ b> B, and 6, the heat
また、熱伝導性樹脂8には、補強材9の各ねじ穴用筒状部9dを外周および上方から覆う筒状部8dも形成されているが、補強材9の各ねじ穴用筒状部9dよりも上方の箇所には、補強材9のねじ穴9cに続くように、ねじ穴9cと同等または若干径の大きな挿通穴8eが形成されている。そして、ねじ6が挿入された際には、実質的には、ねじ6のねじ部は補強材9のねじ穴9cと螺合して結合強度を保つよう構成されている。
Further, the heat
また、この実施の形態では、底面フレーム部9bの貫通孔9eに熱伝導性樹脂8が流入して突起部8fが形成され、貫通孔9eと突起部8fとにより接合強度が向上されている。また、図1(b)に示すように、熱伝導性樹脂8により補強材9の突部9fを外周方向から囲む状態で一体化されて、良好に位置決められて接合されているが、これに限るものではない。
Further, in this embodiment, the heat
本発明の熱伝導性樹脂8は、熱伝導性充填材(B)を含有する熱可塑性樹脂(A)からなる。本発明に用いることができる熱可塑性樹脂(A)としては、特に限定されるものではないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体等のエチレン−α−オレフィン共重合体、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、フッ素樹脂(ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等)、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ乳酸、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ABS樹脂、ポリフェニレンエーテル(PPE)、変性PPE、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリメタクリル酸メチル等のポリメタクリル酸エステル、ポリアクリル酸類、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルケトン、ポリケトン、液晶ポリマーが挙げられる。なかでも成形性、耐薬品性、経済性の点でポリアミド樹脂が好ましく、より成形性を改良する目的で、特定の酸価を有するロジンを配合したポリアミド6樹脂等を適用することがより好ましい。このような樹脂組成は(国際公開第2013/069365号パンフレット)に記載されたものを採用することができる。
The heat
本発明の熱伝導性樹脂8は、熱伝導性充填材(B)を含有する。熱伝導性充填材(B)としては、熱伝導性を有するものであれば特に限定されないが、5W/(m・K)以上の熱伝導率を有するものを使用することが好ましい。なお、熱伝導性充填材(B)として機械的性質を改善する目的で用いられるものや、導電性、絶縁性、磁性、圧電性、電磁波吸収の機能を付与する目的で用いられるものでも、上記熱伝導率を有するものは、本発明において熱伝導性充填材(B)として用いることが可能である。熱伝導性充填材(B)の形態としては、球状、粉状、繊維状、針状、鱗片状、ウィスカ状、マイクロコイル状、ナノチューブ状が挙げられる。熱伝導性充填材(B)の熱伝導率は、その焼結品を用いて測定することができる。
The heat
熱伝導性充填材(B)の具体的な例としては(括弧内に熱伝導率の代表値(単位:W/(m・K)を記す。)、タルク(5〜10)、酸化アルミニウム(36)、酸化マグネシウム(60)、酸化亜鉛(25)、炭酸マグネシウム(15)、炭化ケイ素(160)、窒化アルミニウム(170)、窒化ホウ素(210)、窒化ケイ素(40)、カーボン(10〜数百)、黒鉛(10〜数百)等の無機系充填材、銀(427)、銅(398)、アルミニウム(237)、チタン(22)、ニッケル(90)、錫(68)、鉄(84)、ステンレス(15)等の金属系充填材が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Specific examples of the thermally conductive filler (B) (representative values of thermal conductivity in parentheses (unit: W / (m · K) are described), talc (5 to 10), aluminum oxide ( 36), magnesium oxide (60), zinc oxide (25), magnesium carbonate (15), silicon carbide (160), aluminum nitride (170), boron nitride (210), silicon nitride (40), carbon (10 to several) Hundred), graphite (10 to several hundred) inorganic fillers, silver (427), copper (398), aluminum (237), titanium (22), nickel (90), tin (68), iron (84 ), Stainless steel (15), etc. These may be used alone or in combination of two or more.
上記例示した熱伝導性充填材(B)のうち、熱可塑性樹脂(A)に配合した際の熱伝導効率が高いことから、黒鉛、窒化ホウ素を使用することが好ましい。また、経済性の点では、タルク、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化亜鉛を使用することが好ましい。また、タルクや窒化ホウ素は電気絶縁性を有しているので、これを配合することにより、熱可塑性樹脂(A)の電気絶縁性を保持することができる。 Of the thermally conductive fillers (B) exemplified above, graphite and boron nitride are preferably used because of their high thermal conductivity efficiency when blended with the thermoplastic resin (A). In terms of economy, it is preferable to use talc, aluminum oxide, magnesium oxide, magnesium carbonate, or zinc oxide. Moreover, since talc and boron nitride have electrical insulation, the electrical insulation of a thermoplastic resin (A) can be hold | maintained by mix | blending this.
黒鉛の形態としては、例えば、球状、粉状、繊維状、針状、鱗片状、ウィスカ状、マイクロコイル状、ナノチューブ状が挙げられる。なかでも鱗片状黒鉛は、熱可塑性樹脂(A)に配合した際に熱伝導効率を高くすることができるため、特に好ましい。鱗片状黒鉛の平均粒径は、1〜300μmであることが好ましく、5〜150μmであることがさらに好ましい。平均粒径が1μm未満では、分散不良により凝集塊が生じやすくなり、均一な成形体が得られず、機械的物性が低下したり熱伝導性にバラツキが生じたりすることがある。平均粒径が300μmを超えると、樹脂組成物中に高濃度に充填することが難しくなったり、成形体表面が粗くなったりする場合がある。 Examples of the form of graphite include a spherical shape, a powder shape, a fiber shape, a needle shape, a scale shape, a whisker shape, a microcoil shape, and a nanotube shape. Among these, scaly graphite is particularly preferable because it can increase the heat conduction efficiency when blended with the thermoplastic resin (A). The average particle size of the flaky graphite is preferably 1 to 300 μm, and more preferably 5 to 150 μm. If the average particle size is less than 1 μm, agglomerates are likely to occur due to poor dispersion, a uniform molded product cannot be obtained, and mechanical properties may be deteriorated or thermal conductivity may be varied. When the average particle diameter exceeds 300 μm, it may be difficult to fill the resin composition at a high concentration, or the surface of the molded body may become rough.
タルクの形態としては、例えば、板状、鱗状、鱗片状、薄片状が挙げられる。なかでも鱗片状タルク、薄片状タルクは、成形体としたときに平面方向に配向しやすく、その結果、熱伝導率を高めることができるため、特に好ましい。鱗片状タルクの平均粒径は、上述と同様の理由から、1〜200μmであることが好ましく、5〜100μmであることがさらに好ましい。 Examples of the form of talc include a plate shape, a scale shape, a scale shape, and a flake shape. Of these, scaly talc and lamellar talc are particularly preferable because they are easily oriented in the plane direction when formed into a molded body, and as a result, the thermal conductivity can be increased. For the same reason as described above, the average particle size of the scaly talc is preferably 1 to 200 μm, and more preferably 5 to 100 μm.
窒化ホウ素の形態としては、例えば、板状、鱗片状、薄片状が挙げられる。なかでも鱗片状窒化ホウ素、薄片状窒化ホウ素は、成形体としたときに平面方向に配向しやすく、その結果、熱伝導率を高めることができるため、特に好ましい。鱗片状窒化ホウ素の平均粒径は、上述と同様の理由から、1〜200μmであることが好ましく、5〜100μmであることがさらに好ましい。窒化ホウ素の結晶系は、特に限定されるものではなく、六方晶系、立方晶系、その他いずれの結晶構造の窒化ホウ素であっても適用可能である。なかでも、六方晶系結晶構造を有する窒化ホウ素は、熱伝導率が大きいので好ましい。 Examples of the form of boron nitride include a plate shape, a scale shape, and a flake shape. Among these, scaly boron nitride and flaky boron nitride are particularly preferable because they are easily oriented in the planar direction when formed into a molded body, and as a result, the thermal conductivity can be increased. For the same reason as described above, the average particle size of the flaky boron nitride is preferably 1 to 200 μm, and more preferably 5 to 100 μm. The crystal system of boron nitride is not particularly limited, and boron nitride having any crystal structure such as hexagonal system, cubic system, and the like is applicable. Of these, boron nitride having a hexagonal crystal structure is preferable because of its high thermal conductivity.
酸化マグネシウムの形態としては、例えば、球状、繊維状、紡錘状、棒状、針状、筒状、柱状が挙げられる。なかでも球状酸化マグネシウムは、熱可塑性樹脂(A)に配合したときに樹脂組成物の流動性の低下を抑えることができるため、特に好ましい。酸化マグネシウムを含有することにより、樹脂組成物の絶縁性を低下させずに熱伝導性を向上させることができる。球状酸化マグネシウムの平均粒径は、上述と同様の理由から、0.5〜150μmであることが好ましく、1〜100μmであることがさらに好ましい。 Examples of the form of magnesium oxide include a spherical shape, a fiber shape, a spindle shape, a rod shape, a needle shape, a cylindrical shape, and a column shape. Among these, spherical magnesium oxide is particularly preferable because it can suppress a decrease in fluidity of the resin composition when blended with the thermoplastic resin (A). By containing magnesium oxide, thermal conductivity can be improved without reducing the insulating properties of the resin composition. For the same reason as described above, the average particle diameter of the spherical magnesium oxide is preferably 0.5 to 150 μm, and more preferably 1 to 100 μm.
本発明の熱伝導性樹脂8において、熱可塑性樹脂(A)と熱伝導性充填材(B)との容量比は、熱可塑性樹脂(A)と熱伝導性充填材(B)が20/80〜95/5であることが好ましく、30/70〜90/10であることがより好ましい。熱伝導性充填材(B)の配合量が5容量%未満では十分な熱伝導性を得ることができなくなる場合があり、配合量が80容量%を超えると、流動性が著しく低下するため成形加工時の負荷が高くなりすぎ操業性が低下する場合がある。
In the heat
なお、前記熱伝導性樹脂8は、上記のように、射出成形法、特にインサート成形により製造すると、補強材9と熱伝導性樹脂8とが良好に一体化され、成形の自由度が高く、精度の高い加工が可能な点で、有利であるが、公知の他の方法でも樹脂製放熱部品としての形状に成形することができる。
As described above, when the heat
前記補強材9は、その靱性が熱伝導性樹脂8よりも高い材料で形成されている。前記補強材9は、熱可塑性樹脂(A)もしくは強化繊維などを配合した樹脂組成物から構成されるものが例示される。樹脂種としては、ポリカーボネート(PC)にABS樹脂を混ぜたもの、ポリアミド(PA)にグラスファイバ(GF)を混ぜたものが好適であるが、その他にもポリカーボネート(PC)、ポリアリレート樹脂、ABS樹脂、ポリアミド(PA)、芳香族ポリアミド、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリブチレンテレフタラート(PBT)、ポリ乳酸(PLA)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などでもよいが、熱伝導性樹脂8のマトリックス樹脂と同一、もしくは熱伝導性樹脂8のマトリックス樹脂と相溶性を有する熱可塑性樹脂(A)もしくはその樹脂組成物からなることが、一体化した際の界面の強度を高めるため、及び熱の放熱性を阻害しないために好ましい。また、樹脂であれば、成形加工などが容易に行える利点があるが、これに限るものではなく、前記補強材9として金属材やセラミック材を用いてもよい。
The reinforcing
上記構成によれば、構造体1の構造体本体(ケース本体)4を、熱伝導性樹脂8と、この熱伝導性樹脂8よりも靱性が高い補強材9とを、一体化しているため、熱伝導性樹脂8によって良好な放熱効率を得ることができると同時に、補強材9により構造体1の靱性を向上させることができる。また、特に発熱体2を熱伝導性樹脂8が接触する状態で組み付けているので、熱伝導性樹脂8を介して発熱体2の熱を極めて良好に放散できる。
According to the said structure, since the structure main body (case main body) 4 of the structure 1 has integrated the heat
また、上記構成によれば、構造体本体(ケース本体)4が箱形状の箱状構造体であり、靱性が高い補強材9がフレーム形状であるため、構造体本体(ケース本体)4の強度が補強材9により大幅に向上され、構造体本体(ケース本体)4、ひいては構造体1としての信頼性が向上する。
Moreover, according to the said structure, since the structure main body (case main body) 4 is a box-shaped box-shaped structure and the reinforcing
また、熱伝導性樹脂8を射出成形により成形し、熱伝導性樹脂8のウェルド部8cに対応する箇所に補強材9を配設たため、熱伝導性樹脂8のウェルド部8cが、靱性が高い補強材9にて補強されて、その強度が向上する。これによっても、構造体本体(ケース本体)4、ひいては構造体1としての信頼性が向上する。
Further, since the heat
また、補強材9にねじ穴9c(ねじ穴用筒状部9d)を設けて、このねじ穴9cに蓋体5を結合するためのねじ6をねじ込むように構成したため、ねじ6をねじ込んでいった際に、ねじ山がつぶれたりすることなく、ねじ6を良好に固定することができて、いわゆるセルフタップ強度(ねじ止め時の締め付けトルク値)を向上させることができる。これによっても、蓋体5との密着性能を良好に維持することができて、ひいては構造体1としての信頼性が向上する。
Further, since the
<デュポン衝撃試験>
構造体本体(ケース本体)4における熱伝導性樹脂8のウェルド部8cの強度を確認するべく、熱伝導性樹脂8のウェルド部8cに対して、図7に示すような、デュポン衝撃試験装置20を用いてデュポン衝撃試験(JIS K5600−5(耐おもり落下性試験))を行った。すなわち、ベッド21上に載せた受け台22上に、試験対象物としての構造体本体(ケース本体)4を載せ、この構造体本体(ケース本体)4のウェルド部8cに撃ち型23を上方から当接させた状態で、フレーム24の溝部に沿って昇降自在とされたおもり25を撃ち型23上に落下させて、構造体本体(ケース本体)4の状態を観察した。
In order to confirm the strength of the
ここで、表1における材料Aは、ポリアミド6樹脂、グラファイトおよびロジンから構成され、その容量比は38/60/2(質量比は23/75/2)である。
Here, the material A in Table 1 is composed of
また、表1における材料Bは、ポリアミド6樹脂、グラファイト、ガラスファイバー、ロジンから構成され、その容量比は64/25/10/1(質量比は50/34/15/1)である。
The material B in Table 1 is composed of
また、表1における、補強材(補強フレームと記載)9の行における、「−」は、補強材(補強フレーム)9を有しないことを示しており、補強材(補強フレーム)9の項目における、「PC/ABS」と記載されたものは、マルチロン(帝人化成製T−2711J)からなる補強材(補強フレームと記載)9が熱伝導性樹脂8と一体化されたものであり、補強材(補強フレームと記載)9の項目における、「PA6/GF」と記載されたものは、RUN(ユニチカ製G50LWJ)からなる補強材(補強フレームと記載)9が熱伝導性樹脂8と一体化されたものである。
In Table 1, “−” in the row of the reinforcing material (described as a reinforcing frame) 9 indicates that the reinforcing material (reinforcing frame) 9 is not provided, and in the item of the reinforcing material (reinforcing frame) 9. , "PC / ABS" is a material in which a reinforcing material (described as a reinforcing frame) 9 made of multilon (Teijin Chemicals T-2711J) is integrated with the heat
表1に示されているように、熱伝導性樹脂8が材料Aからなる場合において、補強材(補強フレーム)9を有しないもの(構造体本体4のウェルド部8c)は、300gのおもり25を10cmの高さから落下させた時点で破壊された。また、熱伝導性樹脂8が材料Bからなる場合において、補強材(補強フレーム)9を有しないもの(構造体本体4のウェルド部8c)は、1000gのおもり25を20cmの高さから落下させた時点で破壊された(ウェルド部8cが割れた)。
As shown in Table 1, when the heat
これに対して、熱伝導性樹脂8が材料Aからなる場合において、補強材(補強フレーム)9を有するもの(構造体本体4のウェルド部8c)は、補強材9の材料が何れであった場合でも、300gのおもり25を10cmの高さから落下させた時点では破壊されなかった。
On the other hand, in the case where the heat
また、熱伝導性樹脂8が材料Bからなる場合において、補強材(補強フレーム)9を有するもの(構造体本体4のウェルド部8c)は、1000gのおもり25を20cmの高さから落下させた時点でも破壊されなかった。
Further, in the case where the heat
<落下衝撃試験>
また、別途試験として、熱伝導性樹脂8が材料Aからなる構造体本体4において、図8(a)、(b)に簡略的に示すように、構造体本体4の内部に140gの鉄板31を両面テープで固定し、水平な姿勢で122cmの高さより、別途に設けた鉄板上に自然落下させて、破壊状態を比較した。
<Drop impact test>
As a separate test, in the structure main body 4 in which the heat
すると、補強材(補強フレーム)9が設けられていないもの(構造体本体4)は、複数片に割れてしまったが、補強材(補強フレーム、厚さ2mm)9が設けられているもの(構造体本体4)は、補強材(補強フレーム)9が前記「PC/ABS」、前記「PA6/GF」の何れの場合でも、構造体本体4は破壊されなかった。
Then, the thing (structure body 4) in which the reinforcing material (reinforcing frame) 9 is not provided is broken into a plurality of pieces, but the reinforcing material (reinforcing frame,
以上の結果から、構造体本体4として補強材(補強フレーム)9を有する構成とすることで、構造体本体4としての強度が向上して、十分な強度が維持され、構造体本体4、ひいては構造体1として良好な信頼性を得られることを確認できた。 From the above results, the structure body 4 includes the reinforcing material (reinforcement frame) 9 to improve the strength as the structure body 4 and maintain sufficient strength. It was confirmed that good reliability can be obtained as the structure 1.
<タッピングねじ留め試験>
また、ねじに対するセルフタップ強度を確認すべく、構造体本体4に蓋体5を固定するためのねじ6を、ねじ込みおよび逆方向に回転させて取り外す動作を10回ずつ行った。ここで、熱伝導性樹脂8は材料Aからなり、補強材(補強フレーム)9が設けられているものについては、補強材(補強フレーム)9はガラス繊維強化ナイロン樹脂であるRUN(ユニチカ製G50LWJ)からなる。
<Tapping screw fastening test>
Moreover, in order to confirm the self-tap strength with respect to the screw, the
補強材(補強フレーム)9が設けられておらず、構造体本体4が熱伝導性樹脂8のみからなる場合は、ねじ6を、1回ねじ込み、取り外すと、ねじ山がつぶれて、これ以上は、ねじ込めず、所定のトルク値を維持できない状態となった。一方、補強材(補強フレーム)9を有する構成の構造体本体4では、構造体本体4のねじ穴(補強材9のねじ穴9c)に対して、ねじ6のねじ込み・取り外す動作を10回行っても、ねじ山がつぶれることはなく、ねじ込んだ状態では、所定のトルク値を良好に維持できた。この結果から、補強材9を有する本発明の構造体本体4は、十分なセルフタップ強度を有することを確認できた。
When the reinforcing material (reinforcing frame) 9 is not provided and the structure body 4 is made only of the heat
なお、上記実施の形態では、補強材(補強フレーム)9の底面フレーム部9bとして、構造体本体4の底面部上面における奥側寄りの箇所と手前側寄りの箇所との2箇所で左右に延びるように設けられている場合を述べたが、これに限るものではなく、図9(a)、(b)に示すように、さらに構造体本体4の底面部上面における奥行き方向の中央部でも左右に延びるように底面フレーム部9hを追加して設けてもよく、さらに底面フレーム部を多く設けてもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施の形態では、補強材9のねじ穴9cが、構造体本体4に蓋体5を取り付けるために設けられている場合を述べたが、これに限るものではなく、図10に簡略的に示すように、構造体本体4内に収納される基板などの収納部品を固定するためのねじ16をねじ込むねじ穴9c(ねじ穴用筒状部9d)を補強材9に形成してもよい。また、図示しないが、蓋体や各種の収納部品を位置決めするためのボス穴(ボス穴用筒状部)を補強材9に一体形成してもよい。
In the above-described embodiment, the case where the
また、図11に簡略的に示すように、蓋体5を構造体本体4に取り付けるためのスナップフィット部(いわゆる爪部)9mや、基板3などの収納部品を組み付けるためのスナップフィット部(いわゆる爪部)9jを、補強材9に一体形成してもよい。なお、図11における9kは基板受け部で、補強材9に一体形成されている。この構成によれば、スナップフィット部(いわゆる爪部)9m、9jが、靱性が高い補強材9に一体形成されているため、蓋体5や基板3などを組み付ける際にも、折れることなく良好に弾性変形して、蓋体5や基板3などを良好に保持できる。
Further, as schematically shown in FIG. 11, a snap fit portion (so-called claw portion) 9 m for attaching the
なお、構造体本体4に取り付ける蓋体5については、どんな材質のものを用いてもよいが、この蓋体5についても、靱性が高い補強材が内装されて一体形成された熱伝導性樹脂を用いてもよい。
The
1 構造体(放熱構造体、箱状構造体)
2 発熱体
3 基板
4 構造体本体(ケース本体)
5 蓋体
6 ねじ(固定手段)
7 窓部
8 熱伝導性樹脂
8c ウェルド部
8d 筒状部
9 補強材
9a 側面フレーム部
9b 底面フレーム部
9c ねじ穴
9d ねじ穴用筒状部
11 樹脂注入口(ゲート)
20 デュポン衝撃試験装置
31 鉄板
1 Structure (heat dissipation structure, box-shaped structure)
2
5
7
20 DuPont
Claims (9)
Priority Applications (1)
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JP2014148404A JP2016025216A (en) | 2014-07-22 | 2014-07-22 | Structure |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN107552942A (en) * | 2016-06-07 | 2018-01-09 | 无锡云源光电科技有限公司 | A kind of welding method of LED area light source and heat-conducting substrate |
KR200489075Y1 (en) * | 2019-01-03 | 2019-04-26 | 주식회사 엘더스케미칼 | Rail fastening system |
TWI726424B (en) * | 2019-09-23 | 2021-05-01 | 奇鋐科技股份有限公司 | Heat transfer member reinforcement structure |
US11719491B2 (en) | 2019-10-29 | 2023-08-08 | Asia Vital Components Co., Ltd. | Heat transfer member reinforcement structure |
-
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- 2014-07-22 JP JP2014148404A patent/JP2016025216A/en active Pending
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