JP2016065164A - 熱膨張性接着シートおよび部品の接着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の部品間の空間を埋めつつ、同時にこれらの部品同士を高い信頼性で接着することが可能な、作業性に優れた熱硬化接着シートを提供する。【解決手段】ガラス不織布を基材とする熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物を含浸させたプリプレグまたは熱硬化性樹脂シートとガラス不織布を一体化したプリプレグを、圧縮及び加熱により、厚さが加熱前の１８０％以上に膨張する熱膨張性接着シート。【選択図】なし

Description

本発明は、複数の部品間の空間を埋めつつ、同時にこれらの部品同士を接着する熱膨張性の熱硬化接着シートに関する。

エポキシ接着剤は、耐熱性、接着強度および接着剤層の強度に優れるため、様々な用途の接着剤に広く使用されている。汎用的に使用されるエポキシ接着剤は液状またはペースト状である。また、液体エポキシ接着剤は、接着箇所の形状によらず使用できることが利点である。しかしながら、液体エポキシ接着剤は、塗布厚の均一性や垂れ、糸引きによる汚れなど、使用時に管理が必要な場合が多く、作業性や品質に問題が生じる場合がある。
例えば、モーターにおいて、ステーターコアへのコイルやマグネットの固定には、一般的に上述の液状エポキシ樹脂接着剤が用いられている。コイルまたはマグネットをステーターコアに接着する際は、液状接着剤をコイルまたはマグネットとステーターコアの間の隙間に注入し、加熱して接着剤を硬化接着する。この作業において問題になることとして、狭い隙間に注入するため工程時間が必要であることが挙げられる。また、注入できるように接着剤粘度が低いことが要求され、不要な流れ出しやはみ出しを後工程で取り除く必要があることも挙げられる。

液状接着剤がかかえる問題点を解決する手段として、例えば、特許文献１に記載されるようにエポキシ接着剤をシート状に成形する方法がある。シート状接着剤は厚み管理が容易であり、被着体の間に挟み込むことで任意の厚みの接着層を形成することが可能となる。しかし、このシート状接着剤を部品間の狭い隙間に適用しようとした場合、隙間距離を同じ厚みのシートを挿入しなければならず、シートの撚れが発生して作業性に難がある。
このような問題点に対して特許文献２では、そこで、上記シート状接着剤に熱膨張カプセルを添加する手法が提案されている。部品間の狭い隙間に接着剤を挿入後加熱硬化させることで、作業性良く、隙間を埋めながらステーターコアとコイルまたはマグネットを接着することができる。しかし、この接着剤の硬化物層には、熱膨張カプセル由来の気泡が散在しており、エポキシ樹脂としての硬化物強度が落ちてしまう問題があった。

すなわち、液状のエポキシ接着剤は長い工程時間・工数に難があり、シート状にした接着剤は、外観良く接着が可能であるが、狭い隙間に適用すると撚れ発生による作業性に難がある。また、熱膨張カプセルを添加したシート接着剤があるが、熱膨張カプセル由来の気泡により、エポキシ樹脂本来の強度を発揮できないという課題があった。

特開２０１１−２４６５９６号公報 特開２００７−１０６９６３号公報

本発明は、これらの現状に鑑み、複数の部品間の空間を埋めつつ、同時にこれらの部品同士を高い信頼性で接着することが可能な、作業性に優れた熱硬化接着シートを提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討を行った結果、ガラス不織布と熱硬化性樹脂からなるプリプレグを該熱硬化性樹脂の軟化点以上の温度で圧縮しながら冷却することで、その目的を達成し得る熱膨張製接着シートを提供することを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、下記の熱膨張性接着シート及び複数の部品の接着方法を提供する。

１．ガラス不織布を基材とする熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物を含浸させたプリプレグまたは熱硬化性樹脂シートとガラス不織布を一体化したプリプレグを、圧縮して薄くしたプリプレグであり、加熱により、厚さが加熱前の１８０％以上に膨張する熱膨張性接着シート。
２．プリプレグが、厚さ０．０３〜０．５ｍｍのガラス不織布に、６０〜９５質量％の熱硬化性樹脂を含浸させたものである上記１に記載の熱膨張性接着シート。
３．ガラス不織布に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグまたは熱硬化性樹脂シートとガラス不織布を一体化したプリプレグを、該熱硬化性樹脂の軟化点以上の温度で圧縮し、これを軟化点以下に冷却して圧縮時の厚さを維持する、熱膨張性接着シートの製造方法。
４．プリプレグが熱プレスまたは熱ロールプレスにより軟化点以上で圧縮されたまま軟化点以下に冷却される上記３に記載の熱膨張性接着シートの製造方法。
５．上記１又は２に記載の熱膨張性接着シートを複数の部品の隙間に挿入し、該熱膨張性接着シートを加熱膨張させて接着を行う部品の接着方法。

本発明によれば、複数の部品間の空間を埋めつつ、同時にこれらの部品同士を高い信頼性で接着することが可能な、作業性に優れた熱膨張性の熱硬化接着シートを得ることができる。

本発明による熱膨張性接着シートを有する積層体の一実施形態の断面図である。 本発明による熱膨張性接着シートによる隙間の接着方法を示す概念図である。 実施例における剪断強度試験の試験片の断面図である。

［熱膨張性接着シート］
図１に本発明による熱膨張性接着シートを有する積層体の一実施形態の断面図を示す。
本発明の熱膨張性接着シート１は、ガラス不織布２と、このガラス不織布に含浸させる熱硬化性樹脂組成物３からなるプリプレグである。接着シートの片側には第１の離型フィルム４が貼り合わされ、相対する側には第２の離型フィルム５が貼り合わされる。ただし、離型フィルムは、熱膨張性接着シート１の使用時に剥離されるものであり、必須の構成ではない。
熱膨張性接着シート１は、例えば、筐体、基板、モーターのステーター、ヨーク等の第１の被着体と、電子部品、コイル、マグネット等の第２の被着体とを接着するために用いられ、例えば、第１の被着体の接着面に熱膨張性接着シートを貼り付けた後、第２の被着体を挿入する。なお、第１の離型フィルム４および第２の離型フィルム５は両面接着シート１の使用時に剥離されるが、例えば、一方の離型フィルムをベースフィルムにして他方の離型フィルム側からハーフカットの型抜きを行うことで、シール加工を行うこともできる。
熱膨張性接着シート１の厚さは、好ましくは５０μｍ以上であり、より好ましくは７０μｍ以上である。ここで、熱膨張性接着シート１の厚さには、ガラス不織布２、熱硬化性樹脂組成物３の厚さが含まれ、第１の離型フィルム４、第２の離型フィルム５の厚さは含まれない。熱膨張性接着シート１の厚さが５０μｍを下回ると、それに伴ってガラス不織布２の厚さを薄くする必要があり、強度の観点から好ましくない。

［ガラス不織布］
ガラス不織布は、熱膨張性接着シートの基材としての役割を果たす。
ガラス不織布の厚さとしては、好ましくは０．０３〜０．５ｍｍ、より好ましくは０．０４〜０．２５ｍｍであり、特に好ましくは０．０５〜０．２０ｍｍである。市販品ではたとえば日本バイリーン社製「ＥＰＭ−４０１５」（厚さ１００μｍ）や王子エフテックス社製「ＧＭＣ−１０Ｅ」（厚さ５０μｍ）等があり、ガラス不織布はエポキシシランやアミノシランなどのカップリング剤や、エポキシ樹脂やアクリル樹脂を成分としたバインダーでガラス繊維表面が処理されているものがさらに好ましい。

［熱硬化性樹脂組成物］
本発明に使用する熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリフェニレン樹脂など、市販のものが広く用いることができる。このうち接着性、充填性の点からエポキシ樹脂が好ましく用いることができる。
エポキシ樹脂としては、一分子中に２個以上のエポキシ基を有するものであればよく、特に制限はないが、例えばビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、多官能型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂などが用いられる。これらのエポキシ樹脂は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
熱硬化性樹脂組成物中の熱硬化性樹脂の含有量は好ましくは２０質量％以上である。

熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いた場合、エポキシ樹脂用硬化剤を用いる。
エポキシ樹脂用硬化剤は、特に制限されず、一般にエポキシ樹脂の硬化剤として用いられるものの中から任意のものを適宜選択して用いることができる。例えば、アミン系、フェノール系、酸無水物系等が例示される。
アミン系硬化剤としては、ジシアンジアミド、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン等が例示され、フェノール系硬化剤としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂等が例示される。
酸無水物系硬化剤としては、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸等の脂環式酸無水物、無水フタル酸等の芳香族酸無水物、等が例示される。
これらのエポキシ樹脂用硬化剤は、一種を単独で使用してもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。
エポキシ樹脂用硬化剤の含有量は、エポキシ樹脂組成物中、好ましくは２〜３０質量％である。

本発明に使用するエポキシ樹脂組成物においては、必要に応じてエポキシ樹脂用硬化促進剤を含有できる。
エポキシ樹脂用硬化促進剤は、特に限定されず、一般にエポキシ樹脂の硬化促進剤として使用されているものの中から任意のものを適宜選択して使用できる。例えば、芳香族ジメチルウレア等のウレア類、２−フェニル−４−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物、三フッ化ホウ素アミン錯体、トリフェニルホスフィン等が例示される。
これらの硬化促進剤は、一種を単独で使用してもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。
エポキシ樹脂用硬化促進剤の含有量は、エポキシ樹脂組成物中、好ましくは１〜１０質量％である。

また、本発明に使用する熱硬化性樹脂組成物においては、必要に応じて無機フィラーを含有できる。
無機フィラーとしては特に制限はなく、例えば溶融シリカ、球状シリカなどのシリカ類；アルミナ；水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムなどの金属水和物；酸化チタン；カーボンブラックなど、通常用いられているものを使用することができる。
これらは一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
無機フィラーの含有量は、熱硬化性樹脂組成物中、好ましくは１０〜８０質量％である。

本発明に使用する熱硬化性樹脂組成物において、ガラス不織布の膨張を補助するためにガス発生剤を用いることができる。
ガス発生剤は、ウレア系のものが例示できる。構造としては、１，３−ジメチルウレア、１，メチル−３−フェニルウレアなどが例示される。
このガス発生剤の配合量は、熱硬化性樹脂成分１００質量部に対し、１０質量部以下であればよく、耐熱性の観点から５〜１０質量部であることが好ましい。

また、本発明に使用する熱硬化性樹脂組成物において、より膨張性を良くするために熱膨張フィラーを用いることができる。
熱膨張フィラーとしては、熱可塑性のシェルと内包物からなるものであり、市販の熱膨張性バルーンを使用できる。本発明で用いる熱膨張性フィラーは、シェルにアクリルポリマー、内包物に炭化水素を用いているが、これら構成は、何ら限定されるものではない。
この熱膨張性フィラーの大きさは、未膨張時の平均粒径が５〜５０μｍのものが用いられ、３０μｍ以下とすることが外観の向上の点で好ましい。
なお、上記範囲の平均粒径の熱膨張性フィラーは松本油脂製薬製の「マツモトマイクロスフェア」、日本フィライト製の「エクスパンセル」、積水化学製の「アドバンセル」等の市販品が例示できる。
この熱膨張性フィラーの配合量は、熱硬化性樹脂成分１００質量部に対し、２０質量部以下であればよく、耐熱性の観点から５〜１０質量部であることが好ましい。

本発明に使用する熱硬化性樹脂組成物は、カップリング剤を含有できる。
カップリング剤は、シラン系、チタネート系、アルミニウム系等が例示される。シラン系カップリング剤は、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノシラン化合物、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のエポキシシラン化合物が例示される。
シランカップリング剤の含有量は、無機充填材１００質量部に対して、０．１〜５．０質量部が好ましく、０．３〜２．５質量部がより好ましい。

本発明に使用する熱硬化性樹脂組成物は、必要に応じて、かつ本発明の趣旨に反しない限度において、難燃剤、低応力化剤、粘度降下用希釈剤、濡れ向上剤等のその他の成分を含有できる。
その他の成分は、熱硬化性樹脂組成物中、合計で１０質量％以下が好ましく、５質量％以下がより好ましい。

［熱膨張性接着シートの製造方法］
本発明の熱膨張性接着シートは次の方法で製造できる。
まず熱硬化性樹脂組成物とガラス不織布からプリプレグを作製する。例えば溶剤で希釈した熱硬化性樹脂組成物を塗工機でガラス不織布に含浸させた後、乾燥させる方法、あらかじめ作製した熱硬化性樹脂シートと不織布を重ね合わせロールにより一体化する方法等がある。
次に、作製したプリプレグを熱プレスや熱ロールにより、プリプレグの軟化点以上に加熱圧縮した状態で、軟化点以下に冷却して厚さを半分程度まで薄くした熱膨張性接着シートを得ることが好ましい。
このとき圧縮度合は初期厚さの０．４〜０．８倍が好ましく、０．４倍以上であるとガラス繊維の破断が生じないため、膨張不足または接着不足とならない。０．８倍以下であれば、膨張倍率が不足するということがない。

［熱膨張性接着シートの接着方法］
熱膨張性接着シートは複数の部品の任意の隙間に挿入し、加熱することにより隙間で膨張して熱硬化させることができる。このとき、十分に膨張させるために、樹脂が流動性を持つが硬化反応が比較的遅い７０〜８５℃程度で１５分以上加熱を行うことが好ましい。その後の熱処理は、第１の被着体と第２の被着体とを有効に接着できれば必ずしも制限されないが、温度１００〜１８０℃で０．５〜２時間程度が好ましい。

図２に、本発明の熱膨張性接着シートによる隙間の接着方法の概念図を示した。
被着体の空間に熱膨張性接着シートを貼付した部品を挿入し、加熱することで熱膨張性接着シートが膨脹し、隙間を埋めて硬化接着する。

本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。

［製造例１〜３］
下記のエポキシ樹脂、エポキシ樹脂用硬化剤、硬化促進剤、各種任意成分を表１に示す組成で均一に混合して、エポキシ組成物Ａ、Ｂ、Ｃを調製した。

＜使用材料＞
エポキシ樹脂１：日本化薬社製「ＮＣ３０００」（含ビフェニルアラルキル型固形エポキシ樹脂）
エポキシ樹脂２：ＤＩＣ社製「ＥＰＩＣＬＯＮ Ｎ-６６０」（クレゾールノボラック型固形エポキシ樹脂）
エポキシ樹脂３：ジャパンエポキシレジン社製「ｊＥＲ８０７」（ビスフェノール型液状エポキシ樹脂）
エポキシ樹脂用硬化剤：三菱化学社製「ＤＩＣＹ７」（ジシアンジアミド）
硬化促進剤：サンアプロ社製「Ｕ-ＣＡＴ ３５１２Ｔ」（特殊芳香族ウレア）
ガス発生剤：和光純薬社製「１，３-ジメチルウレア」
カップリング剤：エボニックデグサ社製「Ｄｙｎａｓｙｌａｎ ＧＬＹＭＯ」
フィラー：昭和電工社製「ハイジライトＨ４２Ｍ」（水酸化アルミニウム）
熱膨張性フィラー：松本油脂製薬社製「マツモトマイクロスフェアＦ-４８Ｄ」

［実施例１〜３］
エポキシ組成物Ａ、Ｂをシート状に成形して０．０６ｍｍの樹脂シートとした。この時の成形は、一対の加熱加圧ロールを用い、樹脂と厚さ０．１２ｍｍのガラス不織布を同時に通過させることで行った。成形条件は、温度７０℃、面圧２ＭＰａの一対の加熱加圧ロールの通過速度０．２ｍ／分とし、厚さ０．０６ｍｍ、軟化点７０℃、樹脂分６０％の本発明の熱膨張性シートを作製した。熱膨張性接着シートの評価結果を表２に示した。

［比較例１〜２］
実施例１においてガラス不織布なしで作製し、それぞれ厚さ０．０５、０．０５４ｍｍの樹脂シートを作製した。
［比較例３］
実施例１において加熱加圧ロールなしで作製し、厚さ０．１２２ｍｍの樹脂シートを作製した。
［比較例４］
実施例１においてガラス不織布の代わりとしてポリエステル繊維不織布Ｍ１０２０−８Ｔ（東レ社製）で作製し、厚さ０．０５ｍｍの樹脂シートを作製した。
［比較例５］
液状樹脂として、組成Ｃの樹脂を作製して用いた。

得られた熱膨張性接着シートもしくは樹脂シートについて下記の物性評価を行った。

（１）膨張率
厚さ１．０ｍｍのＳＵＳ板に熱膨張性シートを貼り付け、８０℃で２０分＋１２０℃で４０分加熱し、加熱前後の厚みをマイクロメーターにより実測し算出した。
（２）作業性
実際に作業を行い、シート撚れ、樹脂はみだしのないものを〇、あったものを×とした。
（３）剪断強度
剪断強度を測定する試験片として、図３に示すものを作製した。幅２０ｍｍ×長さ８ｃｍ×厚さ１．０ｍｍのＳＵＳ板を用い、スペーサー９には中興化成工業社製テフロン（登録商標）粘着テープ（厚さ０．１ｍｍ）を、接着面積が１ｃｍ²となるよう穴をあけて貼り付け、接着面積を一定とした。その後、８０℃２０分＋１２０℃４０分と加熱し、試験片を得た。得られた試験片で、引張り速度５ｍｍ／分の剪断強度試験を実施した。

本発明の熱膨張性接着シートは、複数の部品間の空間を埋めつつ、同時にこれらの部品同士を高い信頼性で接着することが可能な、作業性に優れた熱膨張性熱硬化接着シートであり、複数の部品の接着材として有用である。

１ 熱膨張性接着シート
２ ガラス不織布
３ 熱硬化性樹脂組成物
４ 第１の離型フィルム
５ 第２の離型フィルム
６ ＳＵＳ板
７ 第１の被着体
８ 第２の被着体
９ スペーサー

Claims (5)

1. ガラス不織布を基材とする熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物を含浸させたプリプレグまたは熱硬化性樹脂シートとガラス不織布を一体化したプリプレグを、圧縮して薄くしたプリプレグであり、加熱により、厚さが加熱前の１８０％以上に膨張する熱膨張性接着シート。
2. プリプレグが、厚さ０．０３〜０．５ｍｍのガラス不織布に、６０〜９５質量％の熱硬化性樹脂を含浸させたものである請求項１に記載の熱膨張性接着シート。
3. ガラス不織布に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグまたは熱硬化性樹脂シートとガラス不織布を一体化したプリプレグを、該熱硬化性樹脂の軟化点以上の温度で圧縮し、これを軟化点以下に冷却して圧縮時の厚さを維持する、熱膨張性接着シートの製造方法。
4. プリプレグが熱プレスまたは熱ロールプレスにより軟化点以上で圧縮されたまま軟化点以下に冷却される請求項３に記載の熱膨張性接着シートの製造方法。
5. 請求項１又は２に記載の熱膨張性接着シートを複数の部品の隙間に挿入し、該熱膨張性接着シートを加熱膨張させて接着を行う部品の接着方法。