JP3926794B2 - 高熱伝導性樹脂組成物及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高い熱伝導率を有し、成形加工性に優れた高熱伝導性樹脂組成物に関する。
背景技術
ＬＳＩ等の半導体素子の集積密度の増大と動作の高速化、そして電子部品の高密度実装に伴い、発熱源となる電子部品に対する放熱対策が大きな問題となっている。例えば、電子部品のハウジングには、従来、熱伝導率の高い金属やセラミックスが用いられてきたが、近年、形状選択の自由度が大きく小型化の容易な樹脂系材料が用いられている。
樹脂系材料としては、従来、マトリックスとなる樹脂中に熱伝導率の高いフィラー、例えば、金属や合金あるいはセラミックス等を分散した樹脂組成物が用いられている。
また、樹脂の一部を低融点合金で置換えた複合体も提案されている（特開平６−１９６８８４号公報）。これによれば、樹脂と低融点合金とフィラーとを含む混合粉を常温で成形し、次いで、低融点合金が完全溶融する温度でその成形体を加熱しフィラー同士を低融点合金で溶着して架橋することにより、成形体の熱伝導率を高めることができることが記載されている。
発明の開示
しかしながら、上記の特開平６−１９６８８４号公報の方法を樹脂の溶融混練に適用しようとすると、以下のような問題があった。すなわち、完全溶融させる温度に低融点合金を加熱して樹脂と混練すると低融点合金と樹脂との粘度差が大きく、低融点合金を樹脂に均一に分散させるのが困難であった。また、フィラー同士を架橋するため、低融点合金の含有率を大きくすると、樹脂の含有率が低下し、樹脂の持つ柔軟性や耐衝撃性や成型加工性が低下するという問題もあった。また、フィラーに比べ熱伝導率の小さい低融点合金を大量に含有させる必要があるため、樹脂組成物の熱伝導率を大きく増加させるのが困難であるという問題もあった。
そこで、本発明は、上記の課題を解決し、高い熱伝導率を有し、成形加工性に優れた高熱伝導性樹脂組成物及びその製造方法を提供することを目的とした。
本発明者らは、低融点合金を固相部と液相部が混在した半溶融状態とすることにより、樹脂と低融点合金との粘度差の影響を受けにくくすることにより、低融点合金が樹脂に分散し易くなることを見出して、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明の高熱伝導性樹脂組成物は、マトリックス樹脂４０ｖｏｌ％以上と、該マトリックス樹脂に分散され、少なくとも銅粉とグラファイト粉とを含む熱伝導性フィラー１０〜５５ｖｏｌ％と、残部が該熱伝導性フィラー同士を連結する融点５００℃以下の低融点合金から成り、上記低融点合金と上記熱伝導性フィラーの体積含有率の比率が、低融点合金／熱伝導性フィラー＝１／３０〜３／１の範囲にあることを特徴とする。
本発明の樹脂組成物は、低融点合金が半溶融状態となる温度に加熱した状態で、低融点合金、熱伝導性フィラーおよび樹脂から成る混合粉を混練することにより得られるものである。低融点合金を半溶融状態とすることにより、低融点合金の粘度を完全溶融の場合よりも高くして、樹脂との粘度差が小さくなるようにしたので、低融点合金を樹脂により分散し易くすることができる。そのため、低融点合金を完全溶融の状態で混練した場合に比べ、低融点合金が樹脂中により均一に分散した樹脂組成物が得られる。低融点合金は、熱伝導性フィラーに接触あるいは溶着して熱伝導性フィラー同士を連結し、３次元の伝熱経路を形成する。樹脂中に均一に分散された低融点合金は、従来に比べ少ない体積含有率で熱伝導性フィラー同士を連結し、かつ、３次元により均一に分布した伝熱経路を形成する。これにより、マトリックスとなる樹脂の体積含有率を４０ｖｏｌ％以上として成形加工性を低下させることがなく、かつ高い熱伝導率を有する樹脂組成物を提供することができる。本発明の樹脂組成物は、金属や合金あるいはセラミックスを含有する従来の熱伝導性組成物では困難な５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を得ることができる。
本発明の樹脂組成物は、低融点合金に、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｌ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｐｔ、Ｓｎ−Ｍｎ、Ｓｎ−Ｍｇ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｕ、Ａｌ−Ｌｉ及びＺｎ−Ｌｉから成る群から選択された少なくとも１種の合金を用いることができる。
また、本発明の樹脂組成物は、熱伝導性フィラーとして、炭素繊維を樹脂組成物に対して５〜１５ｖｏｌ％含むものを用いることができる。さらに、その炭素繊維として、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものを用いることができる。
また、本発明の樹脂組成物は、荷重たわみ温度が１００℃以上の耐熱性樹脂をマトリックス樹脂に用いることができる。
本発明の高熱伝導性樹脂組成物は、以下の製造方法により作製することができる。すなわち、本発明の高熱伝導性樹脂組成物の製造方法は、マトリックス樹脂４０ｖｏｌ％以上と、少なくとも銅粉とグラファイト粉とを含む熱伝導性フィラー１０〜５５ｖｏｌ％と、残部に融点５００℃以下の低融点合金とを含み、上記低融点合金と上記熱伝導性フィラーの体積含有率の比率が、低融点合金／熱伝導性フィラー＝１／３０〜３／１の範囲にある混合粉を加熱して、低融点合金が固相部と液相部が混在した半溶融状態とし、マトリックス樹脂を溶融状態として混練し、混合物を所望形状に成形することを特徴とする。
また、本発明の製造方法には、マトリックス樹脂４０ｖｏｌ％以上と、熱伝導性フィラー１０〜５５ｖｏｌ％と、残部に低融点合金を含む混合粉を用いることができる。
また、本発明の製造方法は、低融点合金と熱伝導性フィラーの体積含有率の比率を、低融点合金／熱伝導性フィラー＝１／３０〜３／１の範囲にすることができる。
また、本発明の製造方法は、熱伝導性フィラーは、炭素繊維を５〜１５ｖｏｌ％含む熱伝導性フィラーを用いることができる。
本発明の高熱伝導性樹脂組成物を所定の金型を用いて成形することにより、ＣＤ−ＲＯＭドライブ等の各種光ディスク駆動装置の光ピックアップに使用される光ピックアップベースを作製することができる。すなわち、本発明の光ピックアップベースは、マトリックス樹脂４０ｖｏｌ％以上と、該マトリックス樹脂に分散され、少なくとも銅粉とグラファイト粉とを含む熱伝導性フィラー１０〜５５ｖｏｌ％と、残部が該熱伝導性フィラー同士を連結する融点５００℃以下の低融点合金から成り、上記低融点合金と上記熱伝導性フィラーの体積含有率の比率が、低融点合金／熱伝導性フィラー＝１／３０〜３／１の範囲にある樹脂組成物を成形して成ることを特徴とし、５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有している。
また、本発明の高熱伝導性樹脂組成物を用いて、電子機器の放熱に使用されるモータ一体型のファン（以下、ファンモータと呼ぶ。）のケーシングを作製することもできる。すなわち、本発明のファンモータ用ケーシングは、マトリックス樹脂４０ｖｏｌ％以上と、該マトリックス樹脂に分散され、少なくとも銅粉とグラファイト粉とを含む熱伝導性フィラー１０〜５５ｖｏｌ％と、残部が該熱伝導性フィラー同士を連結する融点５００℃以下の低融点合金から成り、上記低融点合金と上記熱伝導性フィラーの体積含有率の比率が、低融点合金／熱伝導性フィラー＝１／３０〜３／１の範囲にある樹脂組成物を成形して成ることを特徴とし、５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有している。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の樹脂組成物は、マトリックス樹脂と、熱伝導性フィラーと、融点５００℃以下の低融点合金との混合粉を、マトリックス樹脂が溶融状態となり、低融点合金が固相部と液相部とが混在した半溶融状態となる温度で加熱して混練することにより作製することができる。
本発明に用いるマトリックス樹脂には、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂であって、ＪＩＳ Ｋ ７１９１で規定する荷重たわみ温度が１００℃以上の耐熱性樹脂を用いることができる。具体例には、熱可塑性樹脂としては、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、ポリエーテルサルホン、ポリサルホン、ポリカーボネート、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、ポリフェニレンオキサイド、ポリフタールアミド、そしてポリアミド等、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、メラミン樹脂、そして尿素樹脂等を挙げることができるが、ＰＰＳが好ましい。ＰＰＳは溶融時の粘度が低くフィラーが分散し易いので、フィラーを高充填できるからである。また、ＰＰＳは耐熱性が高いので、用いる低融点合金の選択の自由度を大きくすることができる。
低融点合金及びフィラーとの混練に際しては、熱可塑性樹脂の場合、その融点以上の温度、好ましくは２５０℃〜４００℃、より好ましくは３００℃〜３５０℃の温度範囲に加熱して混練する。また、熱硬化性樹脂の場合、その分解温度以下の温度、好ましくは３００℃以下の温度で混練することができる。
樹脂の体積含有率は、成形加工性を確保するため、４０ｖｏｌ％以上が好ましい。
また、本発明に用いる低融点合金には、上記の耐熱性樹脂の溶融温度において半溶融状態となるものが好ましく、融点（液相線温度）が５００℃以下の合金を用いることができる。具体例としては、Ｓｎ系合金として、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｌ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｔｅ、Ｓｎ−Ｐｔ、Ｓｎ−Ｐ、Ｓｎ−Ｍｎ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃａ、Ｓｎ−Ｍｇ、Ｓｎ−Ａｕ、Ｓｎ−Ｂａ、Ｓｎ−Ｇｅ、Ｌｉ系合金として、Ａｌ−Ｌｉ、Ｃｕ−Ｌｉ、Ｚｎ−Ｌｉ等を挙げることができる。より好ましくは、液相線温度が４００℃以下の合金、すなわち、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｌ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｐｔ、Ｓｎ−Ｍｎ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｕ、Ａｌ−Ｌｉ、そしてＺｎ−Ｌｉから成る群から選択された少なくとも１種の合金を用いることができる。これにより、混練する樹脂の選択の自由度を大きくすることができるからである。さらに好ましくは、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｌ、そしてＳｎ−Ｚｎから成る群から選択された少なくとも１種の合金を用いることができる。入手が容易で低コストだからである。さらに好ましくは、Ｓｎ−Ｃｕを用いることができる。融点の選択の範囲が広く、かつ熱伝導率が高いからである。
低融点合金の樹脂組成物中の体積含有率は、低融点合金と熱伝導性フィラーの体積含有率の比率が、低融点合金／熱伝導性フィラー＝１／３０〜３／１、より好ましくは１／３０〜１／１、さらに好ましくは１／３０〜５／７となるようにすることが好ましい。１／３０より小さいと熱伝導性フィラー同士を連結する低融点合金の量が少なくなるので樹脂組成物の熱伝導率が低下する。また、３／１より大きいと、熱伝導性フィラーに比べ熱伝導率の小さい低融点合金の量が増えるので樹脂組成物の熱伝導率が低下するからである。
また、低融点合金の粒径は、５ｍｍ以下が好ましい。粒径が５ｍｍより大きいと、溶融に時間を要し、さらにマトリックス樹脂に均一に分散しにくくなるからである。
また、熱伝導性フィラーには、粉状及び繊維状のいずれも用いることができる。粉状フィラーとしては、具体的には、鉄、銅、スズ、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、チタン、クロム、亜鉛、金、銀等の金属粉末、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等のセラミックス等の粉末、そしてグラファイト粉等を挙げることができる。それぞれの粉状フィラーを１種あるいは２種以上、樹脂組成物中に含有させることができる。特に、銅粉とグラファイト粉とを樹脂組成物中に含有させることが好ましい。この場合、樹脂組成物の原料粉調製時に、銅粉とグラファイト粉を別々に原料粉に添加する方法を用いても良く、あるいは銅−グラファイトの複合粉末を原料粉に添加する方法を用いても良い。
ここで、銅−グラファイト複合粉末は、グラファイト粉をはんだ等を介して銅粉で被覆したもの、あるいはグラファイト粉に銅粉を電解メッキ又は無電解メッキしたもの、あるいはグラファイト粉と銅粉とをメカニカルアロイングにより複合化したもののいずれも用いることができる。銅−グラファイト複合粉末の粒径は、１〜１５０μｍ、より好ましくは２５〜１００μｍである。粒径が１μｍより小さいと、あるいは１５０μｍよりも大きいとマトリックス樹脂に分散しにくいからである。
銅−グラファイトの複合粉末を用いることにより、以下のような効果が得られる。銅粉は金属の中では高い熱伝導率を有するが、比重が大きい。そこで、比重の小さいグラファイトと銅粉とを複合化することにより、比重が小さく熱伝導率の大きな粉末を得ることができる。また、銅が酸化されても、グラファイトは酸化されにくいので、複合粉末の熱伝導率の低下量を最小限に抑制できる。さらに、グラファイト粉に銅粉をめっきしたものは、銅がめっき膜であるので、銅の延性の影響を受けにくい。そのため、射出成型時に、銅の変形が少なく、成型時のトルクの発生が軽減されるという効果も有する。
また、繊維状フィラーとしては、上記の金属から成る金属繊維、あるいは、ガラス繊維、アルミナ繊維、チタン酸カルシウム繊維、窒化ケイ素繊維等のセラミックス繊維、あるいは炭素繊維を挙げることができるが、熱伝導率の高い炭素繊維が好ましい。
熱伝導性フィラーの体積含有率は、樹脂組成物に対して１０〜５５ｖｏｌ％、より好ましくは１５〜４５ｖｏｌ％、さらに好ましくは１５〜４０ｖｏｌ％である。体積含有率が１０ｖｏｌ％より小さいと熱伝導率が低下し、５５ｖｏｌ％よりも大きいと樹脂組成物の成形加工性が低下するからである。なお、銅粉とグラファイト粉の２種の熱伝導性フィラーを用いる場合、グラファイト粉の体積含有率は５〜４０ｖｏｌ％が好ましい。
熱伝導性フィラーに用いる炭素繊維は、セルロース系、ＰＡＮ系、そしてピッチ系を主原料とするもの、あるいは気相成長法によるものを挙げることができる。炭素繊維には金属あるいは金属酸化物等の無機系フィラーに比べ、高い熱伝導率を有するものがある。しかし、繊維方向には良好な熱伝導性を示す一方、熱拡散性や放熱性は十分ではない。そこで、無機系フィラーと併用することにより、無機系フィラー同士が炭素繊維を介して接続されて３次元的な熱伝導経路が形成される結果、樹脂組成物の熱拡散性や放熱性が向上する。もちろん、炭素繊維同士が低融点合金を介して連結され３次元的な熱伝導経路が形成され、樹脂組成物の熱拡散性や放熱性が向上する効果も得られる。
ここで、炭素繊維の繊維方向の熱伝導率は１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、より好ましくは７００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。
さらに、炭素繊維の直径は１〜３５μｍ、より好ましくは５〜２０μｍであり、長さは５〜１００μｍ、より好ましくは２０〜８０μｍである。炭素繊維の直径が１μｍより小さいと微粉状となり取扱いが困難であり、３５μｍより大きいと樹脂との混練時に砕け易くなるからである。
また、炭素繊維の配合率は、樹脂組成物中に１〜２０ｖｏｌ％、より好ましくは５〜１５ｖｏｌ％、さらに好ましくは５〜１０ｖｏｌ％である。１ｖｏｌ％より少ないと、熱伝導性を向上させる効果が十分ではなく、２０ｖｏｌ％より大きいと樹脂組成物の成形加工性が低下するからである。
本発明の樹脂組成物は、炭素繊維を熱伝導性フィラーに用いない場合、マトリックス樹脂５０ｖｏｌ％、熱伝導性フィラー１０〜４０ｖｏｌ％、そして残部が低融点合金から成り、この時の熱伝導性フィラーと低融点合金の体積分率の比率が低融点合金/熱伝導性フィラー＝１／３０〜３／１であることが好ましい。
また、本発明の樹脂組成物は、炭素繊維を熱伝導性フィラーに用いる場合、マトリックス樹脂５０ｖｏｌ％、炭素繊維以外の熱伝導性フィラー５〜２５ｖｏｌ％、炭素繊維５〜１５ｖｏｌ％、そして残部が低融点合金から成り、この時の熱伝導性フィラーと低融点合金の体積分率の比率が低融点合金/熱伝導性フィラー＝１／３０〜３／１であることが好ましい。
また、熱伝導性フィラーの表面をカップリング剤あるいはサイジング剤で改質することもできる。マトリックス樹脂に対する親和性を付与することにより、マトリックス樹脂に対する熱伝導性フィラーの分散性を向上させ、熱伝導性をさらに向上させることができる。カップリング剤には、シラン系やチタン系、そしてアルミニウム系の公知のカップリング剤を用いることができる。金属粉に対しては、例えば、イソプロピルトリイソステアロイルチタネートやアセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート等を用いることができる。また、炭素繊維に対しては、サイジング剤として、エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、そしてポリアミド樹脂等を用いることができる。改質は、熱伝導性フィラーを、カップリング剤を水あるいは有機溶剤に溶解した溶液に所定時間浸漬する、あるいはカップリング剤を溶解した溶液を熱伝導性フィラーに噴霧する等の方法を用いることができる。
また、本発明の樹脂組成物は原料粉を所定量混合して混練し、所定の金型を有する、射出成形機や圧縮成形機、そして押出成形機等を用いて、所望形状に成型することができる。
上述のように、本発明の樹脂組成物は、成形加工性に優れ、かつ高い熱伝導率を有しているので、電子部品のハウジング、そして電子部品からの熱を外部に逃がすためのヒートシンクやファンなどにも適用することができる。例えば、光ピックアップにおいて半導体レーザを収容する放熱体である光ピックアップベース、半導体素子用のパッケージ材料やヒートシンク材、ファンモータのケーシング、モータコア用のハウジング、二次電池用のケース、さらには、パソコンや携帯電話の筐体等に好適に用いることができる。
例えば、図１は、本発明の樹脂組成物から成る光ピックアップベースを用いた光ディスク駆動装置の構造の一例を示す模式図である。光ディスク駆動装置は、シャーシ１０と、シャーシ１０に取付けられた主軸１１と副軸１２と、主軸１１と副軸１２に摺動自在に取り付けられた光ピックアップ１３とを備えている。光ピックアップ１３は、制御系（不図示）により制御された駆動モータ（不図示）の駆動力により、主軸１１と副軸１２に沿って光ディスクＤの半径方向に移動し、情報の記録と再生を行う。
ここで、光ピックアップ１３は、図２に示す本実施例の光ピックアップベース１４とレーザダイオードホルダ（不図示）を介して取付けられたレーザダイオード（不図示）とから成る。光ピックアップベース１４は、基体１４ａと、基体１４ａの一端に所定の間隔で配置され基体１４ａと一体的に形成された２つの主軸受１４ｂ，１４ｂを有する一方、基体１４ａの他端には基体１４ａと一体的に形成された副軸受１４ｃを有している。主軸受１４ｂ，１４ｂと副軸受１４ｃは、それぞれ、主軸１１と副軸１２に遊挿されている。また、レーザダイオードホルダはレーザダイオードホルダ取付け部１４ｄに取付けられる。レーザダイオードからの出射光は、図示しない光学素子により光ディスクＤに垂直となるように反射され、基体１４ａに形成された出射口１４ｅから光ディスクＤに向けて出射される。
本発明の樹脂組成物から成る光ピックアップベースは、従来の金属性の光ピックアップベースに比べ軽量であり、光ディスクに対するアクセス速度をより高速にできるだけでなく、５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率を有しており、レーザダイオードからの発熱を逃がすことができる十分な放熱性を有している。
また、図３は、本発明の樹脂組成物から成るファンモータ用ケーシングの構造の一例を示す模式図である。ファンモータ用ケーシング２０は、モータ（不図示）により駆動されるファン（不図示）を回転可能に支持するファン支持部２１と、連結部材２２によりファン支持部２１と連結されファン支持部２１を固定する枠部２３とから構成されている。ファン支持部２１には、ファンと一体的に形成されたシャフト（不図示）を軸支する軸受部２１ａが固設されている。
本発明の樹脂組成物から成るファンモータ用ケーシングは、従来の金属性のファンモータ用ケーシングに比べ軽量であり、軽量なファンモータを提供できるだけでなく、５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率を有しており、ファン用モータからの発熱を逃がすことができる十分な放熱性を有している。
以下、実施例により本発明について詳細に説明する。
実施例１．
（試料作製）
樹脂にはポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、熱伝導性フィラーには銅粉及びグラファイト粉の組合せ又は銅−グラファイト複合粉末（平均粒径６２μｍ、銅／グラファイト＝１／１（重量比））のいずれかとピッチ系炭素繊維（平均直径１０．５μｍ、平均繊維長５９μｍ）、そして低融点合金にはＳｎ−Ａｌ合金粉末（平均粒径１０．３μｍ）あるいはＳｎ−Ｃｕ合金粉末（平均粒径１５．５μｍ）を用いた。
表１の組成に配合した原料混合粉を混練押出し機に投入し、温度３１５〜３３５℃で混練し押出して成形用ペレットを作製した。この成形用ペレットを熱プレスにより成形して、直径５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円柱形状の熱伝導率測定用の試料を得た。
なお、合金は、樹脂との混練時に半溶融状態となるように、Ｓｎ−Ａｌ合金は、２〜３０％Ａｌ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｃｕ合金は、４〜３０％Ｃｕ−Ｓｎの組成を用いた。
また、比較試料として、フィラーに銅−グラファイト（Ｇｒ）複合粉末を用い低融点合金を含まないもの（試料５、６）と、フィラーに銅粉を用いたもの（試料７）、低融点合金とフィラーに銅粉を用いたもの（試料１１）、熱伝導性の樹脂組成物Ａ（ＰＰＳ／Ａｌ＝４９／５１ｖｏｌ％）（試料８）、Ｂ（ＰＰＳ／Ａｌ／ＣＦ＝５０／４０／１０ｖｏｌ％）（試料９）、Ｃ（ＰＰＳ／Ｇｒ／ＣＦ＝５５／３５／１０ｖｏｌ％）（試料１０）を用い、上記の方法と同様にして熱伝導率測定用の試料を作製した。
表１

（熱伝導率測定）
ＤＹＮＡＴＥＣＨ Ｒ＆Ｄ社製（型番ＴＣＨＭ−ＤＶ）の定常熱流計を用いた。測定に際し、試料の上下面の温度差を正確に測定するため、図４に示すように、ＣＣ（銅−コンスタンタン）熱電対を試料の上下面にホットプレスにより埋め込んだ。ホットプレスを用いることにより、試料の平坦性を高めるとともに、試料と熱電対との密着性を高めることができる。また、熱流量を安定させるため、１時間、所定温度に保った後、測定を行った。熱伝導率の測定結果を表２に示す。
表２

フィラーに銅−グラファイト複合粉末を用いた場合、低融点合金であるＳｎ−Ｃｕ合金を添加しないと、熱伝導率は５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の小さな値であった（試料５、６）。また、フィラーにＣｕ粉を用いた試料７、そしてＡｌ粉を用いた試料８も、試料５、６と同様の小さな値であった。
これに対し、Ｓｎ−Ｃｕ合金を添加することにより、熱伝導率が１４．９３Ｗ／ｍ・Ｋへと大幅に増加した（試料１）。
すなわち、フィラーに熱伝導率の高いＣｕ粉やＡｌ粉、そして銅−グラファイト複合粉末を用いても、Ｓｎ−Ｃｕ合金を添加しなければ熱伝導率は向上しなかった。
また、低融点合金を添加し、そしてフィラーに炭素繊維を併用することにより、熱伝導率を１７．６０Ｗ／ｍ・Ｋへと一層増加させることができた（試料３）。また、低融点合金にＳｎ−Ａｌ合金を用いた場合も１２．０１Ｗ／ｍ・Ｋと高い熱伝導率が得られた（試料２）。これに対し、低融点合金を含まない場合には、フィラーに炭素繊維を併用しても２Ｗ／ｍ・Ｋ程度の低い値であった（試料９、１０）。
また、Ｓｎ−Ｃｕ合金の体積含有率を大きくすると、熱伝導率が増加した（試料４）。しかし、Ｓｎ−Ｃｕ合金の体積含有率を大きくし過ぎると、熱伝導率は低下する。例えば、Ｓｎ−Ｃｕ合金の体積含有率が４５ｖｏｌ％、フィラーの銅の体積含有率が５ｖｏｌ％で、フィラーに対するＳｎ−Ｃｕ合金の体積含有率の比率が９である試料１１では、３Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率しか得られなかった。
また、熱伝導性フィラーとして、銅粉とグラファイト粉とを用いることにより高い熱伝導率が得られた。その場合、銅粉とグラファイト粉を別々に原料粉に添加する方法（添加方法Ａ）を用いても、あるいは銅−グラファイト複合粉末を原料粉に添加する方法（添加方法Ｂ）を用いても良い。添加方法Ａを用いた試料１２と、添加方法Ｂを用いた試料１のいずれにおいても約１４Ｗ／ｍ・Ｋの高い熱伝導率が得られた。なお、試料１２の銅粉とグラファイト粉の体積含有率は、銅−グラファイト複合粉末を構成する銅粉とグラファイト粉の体積含有率と一致させている。
本実施例によれば、金属粉のみを含有する従来の熱伝導性組成物では困難な５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を容易に得ることができた。さらに１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率も得ることができた。
なお、本実施例では、１種類の低融点合金を用いた例を示したが、２種以上の低融点合金を組合せても本実施例と同様の結果を得ることができる。
実施例２．
（光ピックアップベースの作製）
表１の試料４の組成に配合した原料混合粉を混練押出し機に投入し、温度３１５〜３３５℃で混練し押出して成形用ペレットを作製した。この成形用ペレットを射出成形機に投入し、温度３１５〜３３５℃で射出成形することにより、図３に示す形状を有する光ピックアップベースを作製した。
本実施例によれば、従来のアルミニウムやマグネシウムダイキャスト等の金属製のものに比べ軽量で、金属粉末含有の樹脂成形体に比べ高い５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する光ピックアップベースが得られた。
実施例３．
（ファンモータ用ケーシングの作製）
表１の試料４の組成に配合した原料混合粉を混練押出し機に投入し、温度３１５〜３３５℃で混練し押出して成形用ペレットを作製した。この成形用ペレットを射出成形機に投入し、温度３１５〜３３５℃で射出成形することにより、図４に示す形状のファンモータ用ケーシングを作製した。
本実施例によれば、従来のアルミニウムやマグネシウムダイキャスト等の金属製のものに比べ軽量で、金属粉末含有の樹脂成形体に比べ高い５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するファンモータ用ケーシングが得られた。
なお、実施例２と３では、本発明の樹脂組成物を用いて、それぞれ光ピックアップベースとファンモータ用ケーシングを作製した例を示したが、実施例２と同様の方法により、半導体素子用のパッケージ材料やヒートシンク材、モータコア用のハウジング、二次電池用のケース、さらには、パソコンや携帯電話の筐体等を作製することができる。
以上、説明したように、本発明の高熱伝導性樹脂組成物は、マトリックス樹脂４０ｖｏｌ％以上と、熱伝導性フィラー１０〜５５ｖｏｌ％と、残部が熱伝導性フィラー同士を連結する融点５００℃以下の低融点合金から成り、低融点合金と熱伝導性フィラーの体積含有率の比率が、低融点合金／熱伝導性フィラー＝１／３０〜３／１の範囲にあるようにしたので、成形加工性に優れ、高い熱伝導率を有する樹脂組成物を提供することができる。
また、熱伝導性フィラーが、炭素繊維を樹脂組成物に対して５〜１５ｖｏｌ％含むようにし、さらに、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の炭素繊維を用いるようにしたので、熱伝導率をさらに高めることができる。
また、マトリックス樹脂に、荷重たわみ温度が１００℃以上の耐熱性樹脂を用いるようにしたので、半溶融状態の低融点合金と、溶融状態の耐熱性樹脂とを混練することができ、低融点合金を耐熱性樹脂に分散し易くすることができる。
また、本発明の高熱伝導性樹脂組成物の製造方法は、低融点合金が固相部と液相部が混在した半溶融状態となり、マトリックス樹脂が溶融状態となる温度に加熱して混練するようにしたので、低融点合金を樹脂に均一に分散し易くすることができる。
また、本発明の高熱伝導性樹脂組成物を用いて作製した光ピックアップベースは高い熱伝導率を有しており、レーザ等の発光素子の発光特性を維持するのに十分な放熱性を有している。さらに、金属性のものに比べ軽量で高速移動が可能であり、光ディスクに対するアクセス速度を大幅に向上させることが可能となる。
また、本発明の高熱伝導性樹脂組成物を用いて作製したファンモータ用ケーシングは、ファン用モータからの発熱を逃がすことができる十分な放熱性を有する軽量のファンモータを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る樹脂組成物を用いて作製した光ピックアップベースを用いた光ディスク駆動装置の構造の一例を示す模式図である。
図２は、本発明に係る樹脂組成物を用いて作製した光ピックアップベースの構造の一例を示す模式斜視図である。
図３は、本発明に係る樹脂組成物を用いて作製したファンモータ用ケーシングの構造の一例を示す模式斜視図である。
図４は、本発明に係る樹脂組成物の熱伝導率の測定方法を示す模式斜視図である。

Claims (12)

1. マトリックス樹脂４０ｖｏｌ％以上と、該マトリックス樹脂に分散され、少なくとも銅粉とグラファイト粉とを含む熱伝導性フィラー１０〜５５ｖｏｌ％と、残部が該熱伝導性フィラー同士を連結する融点５００℃以下の低融点合金から成り、
   上記低融点合金と上記熱伝導性フィラーの体積含有率の比率が、低融点合金／熱伝導性フィラー＝１／３０〜３／１の範囲にある高熱伝導性樹脂組成物。
2. 上記低融点合金が、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｌ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｐｔ、Ｓｎ−Ｍｎ、Ｓｎ−Ｍｇ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｕ、Ａｌ−Ｌｉ及びＺｎ−Ｌｉから成る群から選択された少なくとも１種である請求項１記載の高熱伝導性樹脂組成物。
3. 上記熱伝導性フィラーは、炭素繊維を５〜１５ｖｏｌ％含む請求項１記載の高熱伝導性樹脂組成物。
4. 上記炭素繊維の熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項３記載の高熱伝導性樹脂組成物。
5. 上記マトリックス樹脂は、荷重たわみ温度が１００℃以上の耐熱性樹脂から成る請求項１から４のいずれか一つに記載の高熱伝導性樹脂組成物。
6. 熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１から５のいずれか一つに記載の高熱伝導性樹脂組成物。
7. マトリックス樹脂４０ｖｏｌ％以上と、少なくとも銅粉とグラファイト粉とを含む熱伝導性フィラー１０〜５５ｖｏｌ％と、残部に融点５００℃以下の低融点合金とを含み、上記低融点合金と上記熱伝導性フィラーの体積含有率の比率が、低融点合金／熱伝導性フィラー＝１／３０〜３／１の範囲にある混合粉を加熱して、低融点合金が固相部と液相部が混在した半溶融状態とし、マトリックス樹脂を溶融状態として混練し、混合物を所望形状に成形することを特徴とする高熱伝導性樹脂組成物の製造方法。
8. 上記熱伝導性フィラーは、炭素繊維を５〜１５ｖｏｌ％含む請求項７記載の製造方法。
9. マトリックス樹脂４０ｖｏｌ％以上と、該マトリックス樹脂に分散され、少なくとも銅粉とグラファイト粉とを含む熱伝導性フィラー１０〜５５ｖｏｌ％と、残部が該熱伝導性フィラー同士を連結する融点５００℃以下の低融点合金から成り、上記低融点合金と上記熱伝導性フィラーの体積含有率の比率が、低融点合金／熱伝導性フィラー＝１／３０〜３／１の範囲にある樹脂組成物を成形して成る光ピックアップベース。
10. 熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項９記載の光ピックアップベース。
11. マトリックス樹脂４０ｖｏｌ％以上と、該マトリックス樹脂に分散され、少なくとも銅粉とグラファイト粉とを含む熱伝導性フィラー１０〜５５ｖｏｌ％と、残部が該熱伝導性フィラー同士を連結する融点５００℃以下の低融点合金から成り、上記低融点合金と上記熱伝導性フィラーの体積含有率の比率が、低融点合金／熱伝導性フィラー＝１／３０〜３／１の範囲にある樹脂組成物を成形して成るファンモータ用ケーシング。
12. 熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１１記載のファンモータ用ケーシング。

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