JP4610428B2

JP4610428B2 - 耐熱性断熱シート

Info

Publication number: JP4610428B2
Application number: JP2005195836A
Authority: JP
Inventors: 達政中村; 彰佐藤; 政澄宮下
Original assignee: Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Priority date: 2005-07-05
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2025-07-05
Also published as: JP2007015118A

Description

本発明は、耐熱性樹脂シートに関し、更に詳細には、連続使用可能な温度が２００℃以上である耐熱性樹脂シートに関するものである。

これまで電気・電子機器内部の発熱による回路基板や基板上の部品の不具合を解消する、または発生させないために、発熱部品周辺のファンによる冷却または熱伝導率の高い材料による放熱が行われてきた。
しかし、電気・電子機器などの小型化や高出力化などにより、これらの対策では効果が不十分であり、機器内部の熱対策が問題となっている。
たとえば、機器の小型化によるファンの設置スペース確保が難しくなり、さらに放熱による熱の拡散により機器内部あるいは周辺部などの発熱部分以外への影響により不具合が生じてきている。また、熱伝導率の高い材料による放熱シートなども用いられているが十分な効果が得られておらず、機器内部のさらなる熱対策が必要になってきている。
また、テレビやOHPなどの映像機器の代替として、プロジェクターの使用が促進されているが、年々高輝度化が進んでおり、光源であるランプの反射面およびその周辺部の更なる耐熱性の向上が同様に問題となっており、対策が求められている。
従来これらには、熱伝導率が低く、耐熱性が高い、たとえば不織布や発泡体などが使用されているが、これらは熱を遮断するための空隙により断熱特性を発揮するため、厚さが増し、機器の小型化の要求を満足しなくなってきている。
また、耐熱フィルムによる断熱材は、輻射熱を通したり、高温時の強度低下および変形が問題となっている。
特開平１０−２２６７５１特開２００１−２７０９５５

そこで本発明者は、この様な実状に鑑み、耐熱性が高く、熱伝導率が低く、さらに成形が容易な耐熱性断熱シートを提供することを目的とする。

本発明者らは上述のような問題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、耐熱性断熱シート中に、空間を形成し、その中に低熱伝導なガスを封入することで、低熱伝導率であり、かつ高耐熱性である断熱材を開発することに成功した。

本発明の耐熱性断熱シートは、電気・電子機器内に設置される耐熱性断熱シートであって、２００℃以上の高耐熱温度を有する少なくとも２層の耐熱性樹脂層、およびこれらの耐熱性樹脂層の間に形成された密閉空間を有し、この密閉空間には、０℃での熱伝導率が０．０２４１Ｗ／ｍ・Ｋ未満であるガスが封入されており、前記密閉空間には、該空間がつぶれてしまうことを防止するための、石英ガラスで形成された空間保持体が封入されており、
前記空間保持体が糸、ウール、不織布、クロス、バルーン、多孔質体、微小粒子、チョップドストランド、またはミルドファイバーであることを特徴とする。

前記密閉空間は、仕切り部により互いに独立した少なくとも２つの密閉空間部分に分離されており、各密閉空間部分の横断面積が５ｍｍ^２以上に設定されていることが好ましい。
前記耐熱性樹脂層は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルエーテルケトン、全芳香族系ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンエーテル、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン、エチレン-テトラフルオロエチレンコポリマー、およびシリコーンからなる群から選択された材料で形成されていることが好ましい。
前記封入ガスは、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素、一酸化窒素、またはこれらのガス２種以上の混合ガス、あるいは、これらのガス１種以上と空気との混合ガスであることが好ましい。
さらにまた、本発明の耐熱性断熱シートにおいては、使用温度での封入ガスの圧力が略１気圧になるように、その室温での圧力を減圧させておくことが好ましい。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態による耐熱性断熱シートを詳しく説明する。
図１は、本発明の実施の形態による耐熱性断熱シート１０を示し、この耐熱性断熱シート１０の連続使用可能温度は２００℃以上である。ここで、連続使用可能温度とは、連続使用しても分解も溶解もしない温度のことをいう。また、この耐熱性断熱シート１０の厚さ方向の熱伝達率は、０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下、特に０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましい。この熱伝達率は、低ければ低いほど望ましいが、現在のところ、０．０４５Ｗ／ｍ・Ｋが達成できている。本耐熱性断熱シート１０は、その厚さが３ｍｍ以下、特に１ｍｍ以下程度が好ましい。

本耐熱性断熱シートは、２００℃以上の高耐熱温度を有する少なくとも２層の耐熱性樹脂層１２および１４、およびこれらの耐熱性樹脂層の間に形成された密閉空間１６を有している。
前記耐熱性樹脂層１２、１４は、具体的には、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルエーテルケトン、全芳香族系ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンエーテル、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン、エチレン-テトラフルオロエチレンコポリマー、およびシリコーンからなる群から選択された材料で形成されていることが好ましい。この耐熱性樹脂層の厚さは、０．５ｍｍ以下、特に０．０５ｍｍ以下が好ましい。
上記密閉空間１６には、０℃での熱伝導率が０．０２４１Ｗ／ｍ・Ｋ未満であるガスＧが封入されている。

封入ガスの０℃での熱伝導率が０．０２４１Ｗ／ｍ・Ｋ以上であると、従来使用されていた不織布と同様に断熱シートを厚くする必要が生じ、０．０２４１Ｗ／ｍ・Ｋ未満であれば断熱シートを薄くすることが可能である。
前記封入ガスは、具体的には、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素、一酸化窒素、またはこれらのガス２種以上の混合ガス、あるいは、これらのガス１種以上と空気との混合ガスであることが好ましい。
ちなみに、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素、一酸化窒素および空気の０℃での熱伝導率は、それぞれ０．００１５、０．０２３１、０．０１４５、０．０１５０、０．０２４１Ｗ／ｍ・Ｋである。混合ガスの熱伝導率は、混合率によって定まる。
上記のガスは、０℃での熱伝導率が０．０２４１Ｗ／ｍ・Ｋ未満であることと、可燃性ガスでないことから耐熱性断熱シートに用いて望ましく、また、腐食性ガスでないことから、電気・電子機器用として好ましい。

製造時において、封入ガスの圧力は、使用温度で略１気圧になるように、室温での圧力を減圧させておくことが好ましい。ガスの膨張による耐熱性断熱シートからのガス漏れ、および使用時の熱膨張を考慮せずに電気・電子機器内部へ設置することができる。また、圧力が高くなることにより熱伝導率の上昇も抑えることができる。ここで、略１気圧とは、０．８５〜１．１５気圧の間であれば問題はない。

前記密閉空間１６は、図２に示したように、２００℃以上の高耐熱温度を有する樹脂で形成された仕切り部１８により互いに独立した少なくとも２つの密閉空間部分２０に分離されていることが好ましい。この仕切り部の材料としては、具体的には、耐熱性樹脂層の材料に挙げた上記の材料を用いることができる。この仕切り部１８は、耐熱性樹脂層１２、１４と同じ材料で形成されていることが好ましい。

密閉空間１６を複数の密閉空間部分２０に独立分離させたことにより、一つの密閉空間部分２０が破損し、そこから封入ガスが流出したとしても、残りの密閉空間部分２０により耐熱性断熱シート１０の変形を最小限に抑えることができる。なお、仕切り部１８は、図３に示したように耐熱性樹脂層１２により形成してもよい。図には、仕切り部１８を耐熱性樹脂層１２により形成した例を示したが、耐熱性樹脂層１４により形成してもよい。

各密閉空間部分２０の横断面積は、５ｍｍ^２以上に設定されていることが好ましい。各密閉空間部分２０の横断面積を５ｍｍ^２以上に設定したのは、仕切り部１８の幅よりも各密閉空間部分２０の断面積を大きくし、ガス層を大きくとることができるからである。仕切り部１８の断面積の割合が大きくなると熱伝導率が大きくなってしまう。

密閉空間部分の容量が小さいと低熱伝導である封入ガスの特性が活かされないため、密閉空間部分の容量は大きいほうが良く、特に、平面方向の断面積を大きくすることで、断熱特性が向上する。密閉空間１６，密閉空間部分２０の高さ（厚さ）は、０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。

上記密閉空間１６（密閉空間部分２０）には、耐熱性断熱シート１０の製造時等に、該空間部分がつぶれてしまうことを防止するため、換言すれば、密閉空間１６（密閉空間部分２０）内に封入ガスを保持するため、空間保持体２２（図４）が封入、収納されている。図４には、図２に示した形態の耐熱性断熱シートに空間保持体２２が封入、収納されている例を示したが、図１に示した形態の耐熱性断熱シートに空間保持体２２を封入、収納しても良いことは勿論である。空間保持体は、耐熱性樹脂やガスなどに比べて熱伝導率が高くなる場合があるが、空間内でのガスの移動を制限することで、シート全体としては熱伝導率が低くなる。なお、この空間保持体２２の密閉空間部分あるいは密閉空間における割合は、７０体積％以下であることが好ましい。
また、空間保持体が熱を平面方向に伝達することで、シート全体の温度が均質化し、局所的な蓄熱を防止することも可能となり、封入ガスの圧力もシート全体で均質化することも可能となる。

前記空間保持体２２は、石英ガラスで形成されている。
前記空間保持体は、糸、ウール、不織布、クロス、バルーン、多孔質体、微小粒子、チョップドストランド、またはミルドファイバーである。ここで、バルーンとは中空球状の微小粒子をいい、ミルドファイバーとは繊維の粉砕物をいう。

以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。

参考例１

２００℃、１気圧に保持したアルゴンガス雰囲気中で、上下一対のポリイミドフィルムロール（同幅）から２枚のポリイミドフィルム（厚さ：５０μｍ）を繰り出し、下方のポリイミドフィルムの上面に１辺が２ｃｍの格子状にポリイミドワニスを塗布し（高さ約０．６ｍｍ、幅約２ｍｍ）、この後、上記２枚のポリイミドフィルムを重ね合わせた状態で上下一対の熱ロールの間に通して、図１に示したような形態で、密閉空間部分内部にアルゴンガスが封入された耐熱性断熱シートを作製した。上記一対の熱ロールの間の間隔を調節し、得られた耐熱性断熱シートの厚さが０．３ｍｍになるようにした。なお、密閉空間部分の横断面積は、約３５０ｍｍ^２であり、高さは０．２ｍｍであった。２枚のポリイミドフィルムが、上下一対の熱ロールにより端部から徐々に接着されたので、ワニスから発したガスが密閉空間部分内部に残留することが実質的になかった。作製した耐熱性断熱シートの２００℃での熱伝導率をレーザーフラッシュ法により測定した。その結果を表１に示した。本耐熱性断熱シートにあっては、上記したように２００℃、１気圧に保持したアルゴンガス雰囲気中で接着が行われたため、作用温度である２００℃で、密閉空間部分内部のアルゴンガスが１気圧になるため、本耐熱性断熱シートは、２００℃で膨張して厚さが０．３ｍｍを超えてしまうようなことがなかった。

ポリイミドフィルム間に石英ガラス不織布ロールから繰り出した厚さ０．１ｍｍ、目付３０ｇ／ｍ^２の石英ガラス不織布を挟んだこと、すなわち、密閉空間部分内部に空間保持体として石英ガラス不織布を封入したこと以外は、参考例１と同様の方法にて耐熱性断熱シートを作製した。なお、空間保持体は、密閉空間部分に約１０体積％で封入された。また、接着剤のポリイミドワニスは、石英ガラス不織布を容易に浸透し、上下面のポリイミドフィルムを接着する。

参考例２

ポリイミドフィルムをポリアミドイミドフィルムとし、ポリイミドワニスをポリアミドイミドワニスとした以外は参考例１と同様の方法にて耐熱性断熱シートを作製した。

比較例１

ポリイミドワニスをシート化して厚さが０．３ｍｍの断熱シートを作製した。

比較例２

ポリイミドワニスに石英ガラスクロスを含浸して硬化させ、厚さが０．３ｍｍの断熱シートを作製した。

また、参考例１において、ポリイミドフィルムの代わりに、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルエーテルケトン、全芳香族系ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンエーテル、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン、エチレン-テトラフルオロエチレンコポリマー、およびシリコーンのフィルムを用いて耐熱性断熱シートを作製したところ、参考例１とほぼ同等の熱伝導率が得られた。また、実施例１において、アルゴンガスの代わりに、一酸化炭素、二酸化炭素、一酸化窒素ガスを用いて耐熱性断熱シートを作製したところ、いずれも実施例１の熱伝導率よりは大きくなってしまったが、耐熱性断熱シートとして用いるに十分に小さな熱伝導率が得られた。更に、実施例１において、空間保持体として、石英ガラス不織布の代わりに、ガラス不織布、アルミナ粒子、アルミナ繊維、ジルコニア粒子、ポリテトラエチレンコポリマーシート、ポリエーテルエーテルケトン不織布、銅粒子、アルミ粒子を用いて耐熱性断熱シートを作製したところ、いずれも本発明が目的とする０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率が達成できた。

本発明の実施の形態による耐熱性断熱シートの模式的断面図である。本発明の実施の形態による耐熱性断熱シートの変形例を示す模式的断面図である。本発明の実施の形態による耐熱性断熱シートの他の変形例を示す模式的断面図である。本発明の実施の形態による耐熱性断熱シートの更に他の変形例を示す模式的断面図である。

１０耐熱性断熱シート
１２耐熱性樹脂層
１４耐熱性樹脂層
１６密閉空間
１８仕切り部
２０密閉空間部分
２２空間保持体
Ｇガス

Claims

電気・電子機器内に設置される耐熱性断熱シートであって、２００℃以上の高耐熱温度を有する少なくとも２層の耐熱性樹脂層、およびこれらの耐熱性樹脂層の間に形成された密閉空間を有し、この密閉空間には、０℃での熱伝導率が０．０２４１Ｗ／ｍ・Ｋ未満であるガスが封入されており、前記密閉空間には、該空間がつぶれてしまうことを防止するための、石英ガラスで形成された空間保持体が封入されており、
前記空間保持体が糸、ウール、不織布、クロス、バルーン、多孔質体、微小粒子、チョップドストランド、またはミルドファイバーであることを特徴とする耐熱性断熱シート。
前記密閉空間が仕切り部により互いに独立した少なくとも２つの密閉空間部分に分離されており、各密閉空間部分の横断面積が５ｍｍ^２以上に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の耐熱性断熱シート。
前記耐熱性樹脂層が、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルエーテルケトン、全芳香族系ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンエーテル、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン、エチレン-テトラフルオロエチレンコポリマー、およびシリコーンからなる群から選択された材料で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の耐熱性断熱シート。
前記ガスが、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素、一酸化窒素、またはこれらのガス２種以上の混合ガス、あるいは、これらのガス１種以上と空気との混合ガスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の耐熱性断熱シート。
使用温度での封入ガスの圧力が略１気圧になるように、室温での圧力を減圧させておくことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の耐熱性断熱シート。